Question

20．在不同溫度下，鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的產(chǎn)物不同．
Fe+H₂O$\frac{\underline{\;＜570℃\;}}{\;}$FeO+H₂    3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;＞570℃\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂
某興趣小組用圖1所示裝置，使鐵粉與過量水蒸氣充分反應(yīng)并檢驗固體產(chǎn)物的組成．
（1）實驗過程中，應(yīng)先點燃酒精燈（選填“酒精燈”或“酒精噴燈”）；裝置中石棉絨的作用是增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積．
（2）若在實驗中的某段時間內(nèi)生成H₂ 448mL（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），則這段時間內(nèi)參加反應(yīng)的鐵粉質(zhì)量至少是0.84g．
（3）鐵粉完全反應(yīng)后，興趣小組對硬質(zhì)玻璃管中生成的FeO和Fe₃O₄的質(zhì)量進(jìn)行測定，實驗流程如圖2（已知石棉絨不溶于鹽酸）．
固體樣品A②足量氯水④足量Cu粉過濾溶液B（分為兩等份）溶液C固體E紅棕色固體D4.00g溶液F固體G5.20g⑤足量氯水⑥足量NaOH溶液過濾、灼燒濾渣 ③足量NaOH溶液過濾、灼燒濾渣①過量鹽酸充分溶解，過濾濾渣

請回答下列問題：
①溶液B中的陽離子有Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺．
②固體樣品A中鐵的氧化物的質(zhì)量分別是：m（FeO）=0.72 g，m（Fe₃O₄）=6.96 g．

Answer 1

分析 （1）鐵能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，先加熱酒精燈利用生成的水蒸氣排除裝置中的空氣；裝置中石棉絨可以增大水蒸氣與鐵粉的接觸面積；
（2）依據(jù)3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂ ，由標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的體積求出氫氣的物質(zhì)的量，依據(jù)3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂ ，求出鐵的物質(zhì)的量，然后計算出鐵的質(zhì)量；
（3）分析流程圖注意抓主要陽離子，固體樣品A中加入過量鹽酸后過濾，濾渣為石棉絨，溶液B含有生成的Fe²⁺、Fe³⁺；加氯水把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加氫氧化鈉生成氫氧化鐵，灼燒得到D氧化鐵；若加銅粉，溶液F中含有Fe²⁺、Cu²⁺，加氯水把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加氫氧化鈉生成氫氧化鐵、氫氧化銅沉淀，灼燒得到固體GFe₂O₃和CuO混合物．
①固體樣品A中加入過量鹽酸后過濾，濾渣為石棉絨，溶液B中的陽離子有FeO和Fe₃O₄分別與鹽酸反應(yīng)生成的Fe²⁺、Fe³⁺，以及過量鹽酸中的H⁺；
②紅棕色固體D為Fe₂O₃，其中Fe來源于FeO和Fe₃O₄，固體G為Fe₂O₃和CuO混合物，質(zhì)量差1.2g為CuO的質(zhì)量，由此可求出Fe³⁺和Fe²⁺、Cu²⁺的物質(zhì)的量，根據(jù)Fe³⁺和Fe²⁺的物質(zhì)的量求出FeO和Fe₃O₄的物質(zhì)的量，最后換算成質(zhì)量即可．

解答 解：（1）鐵能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，因此為了排除氧氣的干擾，先加熱酒精燈利用生成的水蒸氣排除裝置中的空氣；裝置中石棉絨可以增大水蒸氣與鐵粉的接觸面積，
故答案為：酒精燈；增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積；
（2）生成氫氣的物質(zhì)的量n（H₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，依據(jù)3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂可知：n（Fe）=$\frac{3}{4}$×n（H₂）=$\frac{3}{4}$×0.02mol=0.015mol，F(xiàn)e的質(zhì)量m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
故答案為：0.84；
（3）由流程圖可知，固體樣品A中加入過量鹽酸后過濾，濾渣為石棉絨，溶液B含有生成的Fe²⁺、Fe³⁺；加氯水把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加氫氧化鈉生成氫氧化鐵，灼燒得到D氧化鐵；若加銅粉，溶液F中含有Fe²⁺、Cu²⁺，加氯水把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加氫氧化鈉生成氫氧化鐵、氫氧化銅沉淀，灼燒得到固體GFe₂O₃和CuO混合物．
①固體樣品A中加入過量鹽酸后過濾，濾渣為石棉絨，溶液B中的陽離子有FeO和Fe₃O₄分別與鹽酸反應(yīng)生成的Fe²⁺、Fe³⁺，以及過量鹽酸中的H⁺，
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺；
②紅棕色固體D為Fe₂O₃，其物質(zhì)的量n（Fe₂O₃）=$\frac{4.0g}{160g/mol}$=0.025mol，由此可知FeO和Fe₃O₄中n（Fe²⁺）+n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=0.05mol，固體G為Fe₂O₃和CuO混合物，則CuO的質(zhì)量m（CuO）=5.2g-4.0g=1.2g，n（CuO）=$\frac{1.2g}{80g/mol}$=0.015mol，根據(jù)2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，n（Fe³⁺）=0.015mol×2=0.03mol，則n（Fe²⁺）=0.05mol-0.03mol=0.02mol，設(shè)FeO的物質(zhì)的量為xmol，F(xiàn)e₃O₄的物質(zhì)的量為ymol，則有：x+y=0.02、2y=0.03，求得x=0.005，y=0.015，因此原m（FeO）=0.005mol×2×72g/mol=0.72g，m（Fe₃O₄）=0.015mol×2×232g/mol=6.96g，
故答案為：0.72；6.96．

點評 本題考查鐵與水蒸氣的反應(yīng)，側(cè)重于化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)計算的綜合應(yīng)用，其中（3）②是難點，在計算中注意抓住主要離子，運用元素守恒進(jìn)行物質(zhì)的量的求算，題目難度中等．