Question

某研究性学习小组探究铁粉与水蒸气反应后的固体的组成，铁粉与水蒸气反应的化学方程式为         。
基于上述反应所得黑色固体粉末，研究性学习小组提出下列假设并欲做实验分析。
假设一：固体全部是Fe₃O₄
假设二：固体全部是Fe
假设三：固体是    
取铁粉与水蒸气反应后的固体作为样品，进行如下实验探究。
探究1：取少量样品投入硫酸铜稀溶液中，若现象为     ，则假设一成立。
探究2：取1.68g样品在纯氧中灼烧后，若质量为   g，则假设二成立。
经过实验探究，假设一、二都不成立。
探究3：取样品4.00g进行如下实验。

B中的溶液是      ；实验后经测定样品完全反应，D中剩余固体质量为3.36g，且测得E中沉淀质量为6.0g，则样品中Fe₃O₄的质量分数为      ；实验装置中有一明显缺陷是      。

Answer 1

3Fe+4H₂O(g) Fe₃O₄+4H₂(2分)
假设三：Fe₃O₄和Fe的混合物(1分)
探究1：若溶液无颜色变化(1分)
探究2：2.32(2分)
探究3：饱和碳酸氢钠溶液(1分)    58％(2分) 没有处理尾气装置，尾气中的CO将污染空气(1分)

试题分析：
本题是一道探究性的实验题。铁粉与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H₂O(g) Fe₃O₄+4H₂
上述反应如果铁粉全反应完，那么固体就是Fe₃O₄，如果铁粉一点都没反应，那就是Fe，当然还有铁粉部分反应，还剩余一部分。得到的是Fe₃O₄和Fe的混合物。为了验证三种假设，做了以下实验。取少量样品投入硫酸铜稀溶液中，若为Fe₃O₄，则没有Fe粉剩余，所以CuSO₄不反应。若取1.68g样品在纯氧中灼烧后，样品全是铁粉，可以算出n(Fe)=0.03mol，则求出n(Fe₃O₄)=0.01mol，m(Fe₃O₄)= 2.32g。
若样品是二者混合物（Fe₃O₄和Fe）：
实验从左到右发生装置→除杂装置→干燥装置→性质检验装置
CO₂与C反应得到CO，还原Fe₃O₄得到Fe和CO₂，在通过足量Ca(OH)₂溶液检验和测定沉淀质量来确CO₂的量。A装置中产生CO2会带出HCl，HCl会与D中样品发生反应，所以B装置用来除去HCl气体用饱和NaHCO₃溶液。浓硫酸在干燥后得到纯净的CO₂气体，与碳粉反应得到CO，在还原D中Fe₃O₄。所以D中减少的质量就是m(O)=0.64g   n(O)=0.04mol  n(Fe₃O₄)=0.01mol  m(Fe₃O₄)=2.32g
ω(Fe₃O₄)==×100％=58％，同时可以计算这个过程中生成n(CO₂)=0.06mol。而根据m(CaCO₃)可以计算n(CO₂)=0.06mol，说明经过碳粉后还剩余0.02mol CO₂。由于碳粉与CO₂高温反应产生CO，CO高温还原Fe₃O₄后可能还有CO剩余，所以缺一尾气处理装置。因为CO不能直接排入大气。