Question

【题目】某兴趣小组在老师的指导下，对铁与水蒸气的反应中所得产物展开探究：

（实验初探）①组装如图所示装置并检查气密性；②装入药品并固定；③加热一段时间后，B中固体颜色无明显变化，但吹泡器连续吹出气泡，且气泡向上飞起，用燃着的木条靠近气泡，能产生爆鸣。证明该气体为______。

（查阅资料）常见的铁的氧化物有三种（FeO、Fe2O3、Fe3O4）

①三种氧化物中FeO、Fe3O4均为黑色；

①三种氧化物都不溶于水，其中铁粉、Fe3O4能被磁铁吸引

②三种氧化物都不与硫酸铜溶液反应，但能与酸反应生成可溶性物质。

（产物分析）实验小组同学对反应后玻璃管内的剩余固体进行探究。

①甲同学发现固体仍为黑色，由此判断：固体中肯定不存在Fe2O3，理由是______。

②乙同学发现固体能全部被磁铁吸引，且黑色固体中一定没有______。

（作出猜想）猜想I：全是Fe；猜想Ⅱ：全是Fe3O4；猜想Ⅲ：______；

（定性探究）小组同学准确称取20g固体于试管中进行实验，加入过量______溶液，出现红色固体，且有黑色固体残留。出现红色固体的化学方程式是______，猜想______成立，故铁与水蒸气发生置换反应的方程式是______。

（定量测定）小组同学继续将上述定性探究实验后试管内的剩余物过滤、洗涤、干燥，称得固体质量为20.4g，则铁与水蒸气反应后玻璃管内固体中：剩余铁单质的质量为______g（请写出此问解题过程），Fe3O4的质量分数为______。

（实验反思）若定量测定中进行“干燥”操作时，将所得固体于空气中加热烘干，则会导致所得Fe3O4的质量分数______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。

Answer 1

【答案】氢气 氧化铁是红色固体 氧化亚铁 Fe、Fe3O4 硫酸铜 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu Ⅲ 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 2.8 86% 偏小

【解析】

[实验初探]气泡向上飞起，说明气体密度比空气小，用燃着的木条靠近气泡，能产生爆鸣，说明气体具有可燃性，证明该气体为氢气；

[产物分析]①固体中肯定不存在Fe2O3，理由是氧化铁是红色固体；

②乙同学发现固体能全部被磁铁吸引，且黑色固体中一定没有氧化亚铁，这是因为氧化亚铁不能被磁铁吸引；

[作出猜想]猜想I：全是Fe；猜想Ⅱ：全是Fe3O4；猜想Ⅲ：Fe、Fe3O4；

[定性探究]小组同学准确称取20g固体于试管中进行实验，加入过量硫酸铜溶液，出现红色固体，是因为铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，且有黑色固体残留，说明固体中含有四氧化三铁，出现红色固体的化学方程式是：Fe+CuSO4═FeSO4+Cu；

猜想Ⅲ成立，故铁与水蒸气发生置换反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe+4H2OFe3O4+4H2；

[定量测定]设铁质量为x，

x=2.8g，

Fe3O4的质量分数为：×100%=86%，

[实验反思]若定量测定中进行“干燥”操作时，将所得固体于空气中加热烘干时，铜能和氧气反应生成氧化铜，导致计算的铁的质量偏大，从而导致所得Fe3O4的质量分数偏小。