Question

10．在高溫下，鐵與水蒸氣能發(fā)生反應(yīng)生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體．某興趣小組請你參與研究：鐵與水蒸氣反應(yīng)一段時(shí)間后剩余固體物質(zhì)的成分、性質(zhì)及再利用．

（1）【推斷】觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體是氫氣．
（2）探究B裝置中剩余固體成分是什么？
【查閱資料】
1．碎瓦片能防爆沸，堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物
2．鐵的氧化物中，只有Fe₂O₃是紅棕色，其余均為黑色，只有Fe₃O₄能被磁鐵吸引．
【初步探究】B裝置中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引
【猜想與假設(shè)】
猜想一：剩余固體是Fe₃O₄
猜想二：剩余固體是Fe與Fe₃O₄
【實(shí)驗(yàn)探究】

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂
（3）【成分再利用】若將B裝置中剩余的黑色固體ag，經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化，全部變?yōu)榧t棕色固體Fe₂O₃（假設(shè)轉(zhuǎn)化過程中鐵元素?zé)o損耗），增加的質(zhì)量為x，則x的取值范圍為0.03a≤x＜0.43a．

Answer 1

分析 觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體具有還原性，說明是H₂；能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe與Fe₃O₄；根據(jù)“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，書寫化學(xué)方程式．

解答 解：（1）觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體具有還原性，再根據(jù)反應(yīng)物為“鐵與水蒸氣”，所以該氣體是氫氣，故填：氫氣；
（2）【猜想與假設(shè)】能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe與Fe₃O₄；驗(yàn)證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe，故填：Fe與Fe₃O₄．
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)鐵與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想一正確．若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確，故填：取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸；若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想一正確．若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)“在高溫下，鐵與水蒸氣能發(fā)生反應(yīng)生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，所以鐵和水蒸氣反應(yīng)會(huì)生成四氧化三鐵和氫氣，化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；故填：3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（3）假設(shè)黑色固體全是鐵，則
2Fe-----Fe₂O₃          質(zhì)量增加
112        160             48
ag                             x
則x=0.43a
假設(shè)黑色固體全部是四氧化三鐵，則
2Fe₃O₄------3Fe₂O₃           質(zhì)量增加
464                480              16
ag                                       x
則x=0.03a，
根據(jù)猜想，所以x的取值范圍為0.03a≤x＜0.43a      
故答案為：0.03a≤x＜0.43a

點(diǎn)評 本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，題目難度較大，注意利用題目中的信息進(jìn)行書寫化學(xué)方程式