Question

甲、乙、丙三同學(xué)欲分別完成“鐵與水蒸氣反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)．

I．甲同學(xué)的方案如圖1：試管中依次放入濕棉花和還原鐵粉，加熱．把生成的氣體通入蒸發(fā)皿中的肥皂液中．一段時間后，用坩堝鉗夾取燃著的火柴在蒸發(fā)皿中點(diǎn)火，觀察到的現(xiàn)象是

 

；發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
Ⅱ．乙同學(xué)所采用的裝置如圖2：分別用燈1和燈2加熱反應(yīng)器中的水和還原性鐵粉，當(dāng)水蒸氣將空氣排出后用排水法收集一試管氣體．乙同學(xué)所采用的裝置與甲同學(xué)的裝置比較優(yōu)點(diǎn)是

 

；結(jié)束實(shí)驗(yàn)的操作是

 

．
Ⅲ．丙同學(xué)將甲、乙所裝置進(jìn)行改進(jìn)，所有裝置如圖3：在硬質(zhì)玻璃管Ⅰ中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，硬質(zhì)玻璃管Ⅱ中加入CuO．干燥管Ⅱ中盛裝的物質(zhì)是無水硫酸銅和石棉絨的混合物．
（1）丙同學(xué)所采用的裝置與乙同學(xué)的裝置比較優(yōu)點(diǎn)是

 

；     
（2）實(shí)驗(yàn)開始時應(yīng)先點(diǎn)燃a處的酒精燈然后才點(diǎn)燃b處的酒精噴燈原因是

 

；    
（3）能證明鐵與水蒸氣反應(yīng)的現(xiàn)象是

 

；
Ⅳ．丁同學(xué)提出問題：如何通過實(shí)驗(yàn)證明鐵與水蒸氣反應(yīng)得到的黑色固體中既含F(xiàn)e²⁺又含F(xiàn)e³⁺

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計

專題：

分析：I．金屬鐵在高溫下可以和水蒸氣之間發(fā)生反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)進(jìn)行回答；
II．根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)結(jié)合反應(yīng)來確定裝置的優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)中要防止倒吸，由此確定加熱裝置的處理方法；
Ⅲ．（1）丙同學(xué)所采用的裝置與乙同學(xué)的裝置對比區(qū)別之處得出結(jié)論；
（2）空氣中的氧氣會和金屬鐵反應(yīng)，進(jìn)行金屬鐵和水蒸氣的反應(yīng)試驗(yàn)，為防止干擾，應(yīng)該將空氣排凈；
（3）根據(jù)金屬鐵在高溫下可以和水蒸氣之間發(fā)生反應(yīng)生成黑色的四氧化三鐵和固體和氫氣，氫氣點(diǎn)燃會產(chǎn)生水蒸氣，由此回答；
Ⅳ．亞鐵離子遇到高錳酸鉀會使之褪色，鐵離子遇到硫氰化鉀顯示紅色，據(jù)此檢驗(yàn)鐵離子、亞鐵離子的存在．

解答： 解：I．金屬鐵在高溫下可以和水蒸氣之間發(fā)生反應(yīng)生成黑色的四氧化三鐵和氫氣：3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂，所以會看到蒸發(fā)皿中產(chǎn)生大量肥皂泡，點(diǎn)燃放出的氣體氫氣，能燃燒或發(fā)生爆鳴，反應(yīng)后，試管中固體仍呈黑色，
故答案為：蒸發(fā)皿中產(chǎn)生大量肥皂泡，點(diǎn)燃放出的氣體，能燃燒或發(fā)生爆鳴，反應(yīng)后，試管中固體仍呈黑色；3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂；
II．乙同學(xué)所采用的裝置能夠保證有足夠的水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器，并且用小試管收集并檢驗(yàn)生成的氣體更科學(xué)，為了防止倒吸引發(fā)實(shí)驗(yàn)事故，應(yīng)該先把導(dǎo)管從燒杯中取出，熄滅燈1待反應(yīng)器中水蒸氣排凈后移走燈2．
故答案為：保證有足夠的水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器，用小試管收集并檢驗(yàn)生成的氣體更科學(xué)；先把導(dǎo)管從燒杯中取出，熄滅燈1待反應(yīng)器中水蒸氣排凈后移走燈2；
Ⅲ．（1）丙同學(xué)所采用的裝置與乙同學(xué)的裝置對比，丙同學(xué)用酒精噴燈反應(yīng)溫度高效果好，硬質(zhì)玻璃管Ⅱ中加入CuO可以和氫氣反應(yīng)得到紅色的金屬銅以及水，據(jù)此可直接證明反應(yīng)生成H₂；
故答案為：用酒精噴燈反應(yīng)溫度高效果好，硬質(zhì)玻璃管Ⅱ中加入CuO可直接證明反應(yīng)生成H₂；
（2）空氣中的氧氣會和金屬鐵反應(yīng)，進(jìn)行金屬鐵和水蒸氣的反應(yīng)試驗(yàn)，為防止干擾，應(yīng)該將空氣排凈，故答案為：先點(diǎn)燃a處的酒精燈，產(chǎn)生的水蒸氣排凈裝置中的空氣，防止加熱鐵粉與空氣反應(yīng)； 
（3）金屬鐵在高溫下可以和水蒸氣之間發(fā)生反應(yīng)生成黑色的四氧化三鐵和固體和氫氣，CuO可以和氫氣反應(yīng)得到紅色的金屬銅以及水，硬質(zhì)玻璃管Ⅱ中黑色固體變紅，氫氣點(diǎn)燃會產(chǎn)生水蒸氣，干燥管Ⅱ中白色固體變藍(lán)．
故答案為：硬質(zhì)玻璃管Ⅱ中黑色固體變紅，干燥管Ⅱ中白色固體變藍(lán)；
Ⅳ．四氧化三鐵溶于鹽酸中，會生成氯化鐵和氯化亞鐵的混合物，亞鐵離子遇到高錳酸鉀會使之褪色，鐵離子遇到硫氰化鉀顯示紅色，據(jù)此檢驗(yàn)鐵離子以及亞鐵離子的存在情況即可．
故答案為：將黑色固體溶于鹽酸，將所得溶液分為兩份，向其中一份中加入KSCN溶液，若溶液變成紅色，證明含有Fe³⁺；向另一份溶液中加入KMnO4（H⁺）溶液，若溶液紫紅色褪去，證明含有Fe²⁺．

點(diǎn)評：本題目是一道關(guān)于金屬鐵和水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計和評價提，解題的關(guān)鍵是掌握反應(yīng)的產(chǎn)物的性質(zhì)以及物質(zhì)檢驗(yàn)的基本知識，難度較大．