Question

17．新型材料納米級鐵粉與普通鐵粉具有不同的性質(zhì)．已知：在不同溫度下，納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的固體產(chǎn)物不同，溫度低于570℃時(shí)，生成FeO；高于570℃時(shí)，生成Fe₃O₄．
（1）寫出溫度低于570℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;低于570°C\;}}{\;}$ FeO+H₂．
（2）中學(xué)教材中用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，完成鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)中使用肥皂液的作用是檢驗(yàn)反應(yīng)中生成的H₂．
（3）乙同學(xué)為了探究實(shí)驗(yàn)后的固體產(chǎn)物是否存在Fe₃O₄（假定鐵全部反應(yīng)完全）設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)方案：
①取固體樣品m₁g，溶于足量的稀鹽酸；
②向①反應(yīng)后的溶液中加入足量H₂O₂得溶液X再加氨水，充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、干燥；
③將②中所得固體進(jìn)行灼燒，得到紅棕色固體m₂g．
溶液X中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；m₁與m₂符合$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.97關(guān)系時(shí)，才能確定固體樣品中一定只存在Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （1）納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)，溫度低于570℃時(shí)，生成FeO，結(jié)合原子守恒寫出化學(xué)方程式；
（2）使用肥皂液的作用是檢驗(yàn)反應(yīng)中生成的H₂；
（3）取固體樣品m₁g，溶于足量的稀鹽酸，雙氧水可將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，利用極限法來假設(shè)全部是FeO或Fe₃O₄計(jì)算m₁與m₂之比．

解答 解：（1）納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)，溫度低于570℃時(shí)，生成FeO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;低于570°C\;}}{\;}$FeO+H₂，
故答案為：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;低于570°C\;}}{\;}$FeO+H₂；
（2）使用肥皂液的作用是檢驗(yàn)反應(yīng)中生成的H₂，反應(yīng)一段時(shí)間后，有肥皂泡吹起時(shí)，用點(diǎn)燃的火柴靠近肥皂泡，當(dāng)聽到爆鳴聲時(shí)，說明“鐵與水蒸氣”能夠進(jìn)行反應(yīng)，故答案為：檢驗(yàn)反應(yīng)中生成的H₂；
（3）雙氧水可將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，離子方程式為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
固體樣品m₁克與紅棕色固體m₂克所含鐵元素的物質(zhì)的量相同，假設(shè)全部是FeO，
2FeO～Fe₂O₃
144g  160g
m₁與m₂之比=$\frac{144g}{160g}$=0.9；
假設(shè)全部是Fe₃O₄，
2Fe₃O₄～3Fe₂O₃
464g   480g 
m₁與m₂之比為：$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=$\frac{464g}{480g}$=0.97，
m₁與m₂之比最少應(yīng)大于 0.97時(shí)，固體樣品中一定存在Fe₃O₄，
故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.97．

點(diǎn)評 本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)，難度較大，③中的計(jì)算是難點(diǎn)，學(xué)生應(yīng)充分利用信息并結(jié)合極限法來綜合應(yīng)用解答本題．