题目内容
【题目】在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体。某兴趣小组请你参与研究：铁与水蒸气反应一段时间后剩余固体物质的成分、性质及再利用。
实验装置如图所示(夹持仪器略)
(1)（推断）观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体是_____________。
(2)探究B装置中剩余固体成分是什么？
（查阅资料）
（1）．碎瓷片能防爆沸；碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物
（2）．铁的氧化物中，只有Fe2O3是红棕色，其余均为黑色，只有Fe3O4能被磁铁吸引。
（初步探究）
B装置中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引。
（猜想与假设）
猜想一：剩余固体是Fe3O4；
猜想二：剩余固体是_____________。
（实验探究）
实验操作 | 实验现象及结论 |
取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸(或稀硫酸) | 若固体全部溶解，没有气泡冒出，剩余固体是Fe3O4，若固体全部溶解，有气泡冒出，剩余固体是Fe和Fe3O4(与实验操作一致) |
（实验结论）铁与水蒸气反应的化学方程式为_____________。
(3)（成分再利用）若将B装置中剩余的黑色固体a g，经过一系列转化，全部变为红棕色固体Fe2O3(假设转化过程中铁元素无损耗)，增加的质量为x，则x的取值范围为_____________。
【答案】氢气 Fe与Fe3O4 3Fe+4H2O 
Fe3O4+4H2 0.03a≤x＜0.43a
【解析】
（1）观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体具有还原性，再根据反应物为“铁与水蒸气”，所以该气体是氢气，故填：氢气；
（2）[猜想与假设]能被磁铁吸引的只有Fe与Fe3O4，则猜想一Fe3O4；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe与Fe3O4；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe，故填：Fe与Fe3O4．
[实验探究]根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸，若固体全部溶解，没有气泡冒出，则猜想一正确．若固体全部溶解，有气泡冒出，则猜想二正确，故填：取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸；若固体全部溶解，没有气泡冒出，则猜想一正确．若固体全部溶解，有气泡冒出，则猜想二正确．
[实验结论]根据“在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体”和猜想，所以铁和水蒸气反应会生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H2O Fe3O4+4H2；故填：3Fe+4H2O Fe3O4+4H2．
（3）假设黑色固体全是铁，则
则x=0.43a
假设黑色固体全部是四氧化三铁，则
则x=0.03a，
根据猜想，所以x的取值范围为0.03a≤x＜0.43a
故答案为：0.03a≤x＜0.43a.
