Question

新型材料納米α-Fe粉具有超強(qiáng)的磁性能，可用作高密度磁記錄的介質(zhì)以及高效催化劑等．在不同溫度下，α-Fe粉與蒸氣反應(yīng)的固體產(chǎn)物不同：溫度低于570℃時，生成FeO，高于570℃時，生成Fe₃O₄．

（1）甲同學(xué)用圖1所示裝置進(jìn)行α-Fe粉與水蒸氣的反應(yīng)．
證明實(shí)驗(yàn)中有氫氣產(chǎn)生的現(xiàn)象是

 

．
（2）乙同學(xué)用圖2所示裝置進(jìn)行α-Fe粉與水蒸氣的反應(yīng)并驗(yàn)證產(chǎn)物．
①試管a中的物質(zhì)是

 

．
②乙同學(xué)為探究實(shí)驗(yàn)結(jié)束后試管內(nèi)的固體物質(zhì)成分，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅰ	將反應(yīng)后得到黑色粉末X（假定為均勻的），取出少量放入另一試管中，加入少量鹽酸，微熱	黑色粉末逐漸溶解，溶液呈淺綠色；有少量氣泡產(chǎn)生
Ⅱ	向?qū)嶒?yàn)Ⅰ中得到的溶液滴加幾滴KSCN溶液，振蕩

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能確定是否存在Fe₃O₄，主要原因是

 

（用離子方程式表示）
③乙同學(xué)稱取5.60gFe粉，用上圖裝置反應(yīng)一段時候后，停止加熱．將試管內(nèi)的固體物質(zhì)在干燥器中冷卻后，稱得質(zhì)量為6.88g．然后將冷卻后的固體物質(zhì)與足量FeCl₃溶液充分反應(yīng)，測定消耗FeCl₃的物質(zhì)的量，最終確定產(chǎn)物的成分．若此裝置中Fe粉與水蒸氣反應(yīng)的產(chǎn)物為Fe₃O₄，則消耗FeCl₃的物質(zhì)的量應(yīng)為

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：鐵的化學(xué)性質(zhì),鐵的氧化物和氫氧化物,性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）實(shí)驗(yàn)裝置1是α-Fe粉與水蒸氣的反應(yīng)，證明實(shí)驗(yàn)中有氫氣產(chǎn)生的現(xiàn)象是利用肥皂泡生成點(diǎn)燃發(fā)生爆炸分析；
（2）①試管a是提供反應(yīng)需要的水蒸氣；
②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能確定是否存在Fe₃O₄，因?yàn)槿芤褐腥齼r鐵離子可能被過量鐵還原為亞鐵離子；
③依據(jù)鐵和水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，結(jié)合固體質(zhì)量分析判斷生成物成分含有鐵，結(jié)合元素守恒計(jì)算所得固體各成分的物質(zhì)的量，依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算溶解剩余鐵需要的氯化鐵物質(zhì)的量．

解答： 解：（1）實(shí)驗(yàn)裝置1是α-Fe粉與水蒸氣的反應(yīng)，證明實(shí)驗(yàn)中有氫氣產(chǎn)生的現(xiàn)象是，部分肥皂泡浮在空中，利用肥皂泡生成點(diǎn)燃發(fā)生爆炸證明是生成的氫氣，
故答案為：有大量肥皂泡生成，部分肥皂泡浮在空中，點(diǎn)燃肥皂泡發(fā)生輕微爆炸；
（2）①試管a是提供反應(yīng)需要的水蒸氣，故答案為：水；  
 ②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能確定是否存在Fe₃O₄，因?yàn)槿芤褐腥齼r鐵離子可能被過量鐵還原為亞鐵離子，所以加入硫氰酸鉀溶液不出現(xiàn)血紅色現(xiàn)象，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，故答案為：溶液沒有出現(xiàn)血紅色2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
③3Fe+4H₂O═Fe₃O₄ +4H₂   Fe的質(zhì)量為5.6g，則n（Fe）=0.1mol，如果這些Fe完全和水蒸氣反應(yīng)，那么應(yīng)該生成

0.1

3

mol 的Fe₃O₄，m（Fe₃O₄）=

0.1

3

×M（Fe₃O₄）=7.73g，但是現(xiàn)在只產(chǎn)生了 6.88g 的 Fe₃O₄，就表明 Fe 沒有完全反應(yīng)，還有剩余，因?yàn)槎喑鰜淼馁|(zhì)量 6.88g-5.6g=1.28g 就是氧元素的質(zhì)量，所以n（O）=

1.28g

16g/mol

=0.08mol，而一個Fe₃O₄分子含4個氧原子，所以 n（Fe₃O_4）=

1

4

×n（O）=0.02mol，m（Fe₃O₄）=0.02 mol×M（Fe₃O₄）=4.64g，那么這6.88g 固體中就含有 Fe₃O₄ 4.64g，而Fe 就有 6.88g-4.64g=2.24g，n（Fe）=

2.24g

56g/mol

=0.04mol，依據(jù)反應(yīng) Fe+2FeCl₃═3FeCl₂，所以消耗的FeCl₃的物質(zhì)的量是n（Fe）的2倍為 0.08mol，
故答案為：0.08．

點(diǎn)評：本題考查了物質(zhì)制備和物質(zhì)性質(zhì)的分析判斷，實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．