Question

15．按如圖1所示裝置進行鐵和水蒸氣反應(yīng)的實驗．
（1）鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）為檢驗生成的氣體產(chǎn)物，需從下圖選擇必要的裝置，其正確的連接順序為（用接口字母表示）a-fgbch，描述能驗證氣體產(chǎn)物的實驗現(xiàn)象黑色的氧化銅變成紅色，白色的無水硫酸銅變成藍(lán)色；

（3）停止反應(yīng)，待裝置冷卻后，取出反應(yīng)過的鐵粉混合物，加入過量的稀硫酸充分反應(yīng)，過濾．簡述檢驗所得濾液中Fe³⁺的操作方法：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無鐵離子；
（4）經(jīng)檢驗上述濾液中不含F(xiàn)e³⁺，這不能說明鐵粉與水蒸氣反應(yīng)所得產(chǎn)物中不含+3價的鐵．原因是（用離子方程式說明）：如果反應(yīng)后的混合物中含有過量的鐵粉，會發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，鐵粉把鐵離子全部還原為亞鐵離子后滴入KSCN溶液不變紅色；
（5）某同學(xué)利用上述濾液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向濾液中加入NaOH溶液后，觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色．
①沉淀由白色變?yōu)榧t褐色的化學(xué)方程式是：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②為了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并盡可能使沉淀長時間保持白色，有同學(xué)設(shè)計如圖2所示的裝置：通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長時間不變色．下列說法中正確的是ABD（填序號）．
A．電源中的a為正極，b為負(fù)極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發(fā)生的反應(yīng)是2H⁺+2e^-═H₂↑

Answer 1

分析 （1）在高溫下，鐵粉和水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)物有四氧化三鐵和氫氣；
（2）生成的氣體產(chǎn)物為氫氣，氫氣與氧化銅反應(yīng)生成水，氫氣與氧化銅反應(yīng)之前要干燥，據(jù)此檢驗即可；
（3）檢驗濾液中是否含有Fe3+的簡單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色；
（4）反應(yīng)生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子；
（5）①氫氧化亞鐵不穩(wěn)定接觸空氣時很快被氧化為氫氧化鐵；
②要較長時間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關(guān)鍵是怎樣降低反應(yīng)體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，氫氣應(yīng)在下面的電極產(chǎn)生，據(jù)此答題；

解答 解：（1）在高溫下，鐵粉和水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)物有四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂；
故答案為：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂；
（2）將產(chǎn)生的氣體干燥后再與氧化銅反應(yīng)生成銅單質(zhì)和水，無水硫酸銅遇水變藍(lán)色，所以實驗裝置連接順序為afgbch，能驗證氣體為氫氣的實驗現(xiàn)象是黑色的氧化銅變成紅色，白色的無水硫酸銅變成藍(lán)色，
故答案為：fgbch；黑色的氧化銅變成紅色，白色的無水硫酸銅變成藍(lán)色；
（3）檢驗濾液中是否含有Fe³⁺的簡單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色，若溶液變紅色證明含有Fe³⁺，否則不含；
故答案為：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無鐵離子；
（4）反應(yīng)生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子；
故答案為：如果反應(yīng)后的混合物中含有過量的鐵粉，會發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，鐵粉把鐵離子全部還原為亞鐵離子后滴入KSCN溶液不變紅色；
（5）①氫氧化亞鐵不穩(wěn)定接觸空氣時很快被氧化為氫氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②要較長時間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關(guān)鍵是怎樣降低反應(yīng)體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，氫氣應(yīng)在下面的電極產(chǎn)生，
A．產(chǎn)生氫氣的電極應(yīng)為陰極，所以根據(jù)裝置圖可知，電源中的a為正極，b為負(fù)極，故A正確；
B．可以用NaCl溶液作為電解液，陰極產(chǎn)生氫氧化鈉與陽極產(chǎn)生的亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，故B正確；
C．陽極用鐵作電極，陰極不一定要用鐵作電極，故C錯誤；
D．陰極是氫離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-═H₂↑，故D正確，
故選：ABD．

點評 本題考查了鐵及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，實驗過程分析和實驗設(shè)計是解題關(guān)鍵，題目難度中等，知道水能使無水硫酸銅變藍(lán)是水的特征反應(yīng)，注意鐵和水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵而不是氧化鐵，為易錯點．