5.
小明記得在學習金屬活動性順序的應用時,老師曾說過一般不會用K、Ca、Na等活潑金屬和鹽溶液進行置換反應,因為這些金屬能直接和水發(fā)生反應生成對應的堿和氫氣.小明查閱資料如下:
【資料卡片】:
(1)Na和冷水劇烈反應,2Na+2H
2O═2NaOH+H
2↑;
(2)鎂和冷水反應緩慢,和沸水反應劇烈,Mg+2H
2O═Mg(OH)
2+H
2↑;
(3)Al和沸水反應非常緩慢,2Al+6H
2O═2Al(OH)
3+3H
2↑;
Ⅰ、從上述資料中,你能得出金屬和水反應的條件和產(chǎn)物有何不同和相似之處?
(1)相同點:都生成堿和氫氣;
(2)不同點:反應的劇烈程度不同.
Ⅱ、小明對此非常好奇,在老師的幫助下,查閱了相關(guān)資料并做了鐵粉在高溫條件下和水蒸氣的反應,裝置如下圖所示:
【資料卡片】:
A、鐵的氧化物的熱穩(wěn)定性順序是FeO(黑色)>Fe
3O
4>Fe
2O
3,且Fe
3O
4有磁性;
B、Fe
2O
3分解溫度在1400℃以上,F(xiàn)e
3O
4分解溫度在1538℃以上;
C、Fe(OH)
2是一種白色固體,在空氣很快變成灰綠色,最終變?yōu)榧t褐色.
實驗進行2分鐘后,用燃著的木條點燃肥皂泡,可以觀察到一團火焰.同時發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)灰黑色物質(zhì)先紅熱,最終變成黑色晶體,整個實驗持續(xù)10分鐘左右.
(1)你認為該反應為什么要在高溫下才能進行?保證了四氧化三鐵、氧化鐵的分解;
(2)火焰的產(chǎn)生,說明該反應生成了氫氣,在點燃該氣體前,一定要檢驗純度;
(3)實驗結(jié)束后,所進行的實驗操作應該是先撤導管,后熄滅酒精燈.這樣做的目的是防止水槽中水倒流,炸裂試管.
Ⅲ、通過Ⅱ中的實驗現(xiàn)象,大家對反應后玻璃管中殘留的黑色物質(zhì)的成分猜想如下:
1:Fe(OH)
3;2:Fe(OH)
2;3:FeO;4:Fe
2O
3;5:Fe
3O
4;6:Fe.(可多填)
甲同學認為:猜想1、2、4明顯錯誤,理由是氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵熱穩(wěn)定性差;
對于其他猜想,同學們又做了如下實驗:
| 實驗方案 | 實驗現(xiàn)象 |
甲 | 將磁鐵靠近黑色粉末 | 黑色粉末可被磁鐵全部吸引 |
乙 | 取少量黑色粉末加入稀鹽酸中 | 有氣泡 |
甲同學根據(jù)實驗現(xiàn)象,認為此黑色物質(zhì)是Fe
3O
4,但對于他的結(jié)論,乙同學認為不妥,他的理由是鐵也能被磁鐵吸引;
根據(jù)甲、乙兩同學的實驗,還可以排除猜想3、5,理由是氧化亞鐵、四氧化三鐵不會與稀鹽酸反應生成氣體;
為進一步確認此黑色物質(zhì),同學們再次進行了實驗:
實驗方案 | 實驗現(xiàn)象 | 結(jié)論或化學方程式 |
1、取實驗后的黑色粉末,加入足量的A溶液,攪拌使反應充分. | 黑色物質(zhì)表面有紅色物質(zhì),溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色,燒杯底部仍有較多黑色物質(zhì) | Fe+CuSO4=FeSO4+Cu |
2、過濾、洗滌、干燥,再用磁鐵吸引 | 黑色物質(zhì)可被磁鐵全部吸引,留下紅色固體 | 被磁鐵吸引的物質(zhì)是鐵 |
結(jié)合資料綜合分析,回答下列問題:
(1)玻璃管中殘留的黑色物質(zhì)應為碳,鐵粉和水蒸氣在高溫下反應的化學方程式為:3Fe+4H
2O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe
3O
4+4H
2,屬于置換反應;
(2)實驗1中的A溶液為硫酸銅溶液,加A溶液的目的是驗證黑色物質(zhì)中含有鐵.
Ⅳ、丙同學用定量的方法確定實驗后玻璃管中黑色物質(zhì)的組成.方案如下:
將5.6gFe粉和足量的H
2O(氣)充分反應后,得到7.2g黑色固體,再將此黑色固體加入150g足量稀鹽酸中繼續(xù)反應,充分反應后,稱得燒杯內(nèi)溶液質(zhì)量為157.15g.請根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出7.2g黑色物質(zhì)的組成,確證上述探究結(jié)論.(寫出計算過程)
Ⅴ、反思評價:
(1)該氧化物又可以經(jīng)過此反應的逆反應生成顆粒很細的鐵粉.這種鐵粉具有很高的反應活性,在空氣中受撞擊或加熱時會燃燒,所以俗稱“引火鐵”.寫出此反應的化學方程式:
Fe
3O
4+4H
2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4H
2O;
(2)磚窯用粘土燒制青磚(顏色發(fā)黑的磚)時,窯內(nèi)溫度可達1150℃,F(xiàn)e
2O
3和H
2反應生成FeO,寫出該反應的化學方程式Fe
2O
3+H
2$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$2FeO+H
2O.