Question

在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用图2-1-6中示意的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6mol/L盐酸，其他试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图2-1-6中均已略去）。

填写下列空白：
（1）实验进行时试管A中应加入的试剂是______；
烧瓶B的作用是____________________；
烧瓶C的作用是____________________；
在试管D中收集得到的是_______________。
（2）实验时，U型管G中应加入的试剂是____________；
长颈漏斗H中应加入___________。
（3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是（填该仪器对应的字母）__________。
（4）烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是_________。
（5）试管E中发生反应的化学方程式是_______________。
（6）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须_____________________；
E管中的反应开始后，在F出口处应______________。

Answer 1

（1）普通铁粉（或铁粉）；作为水蒸气发生器（或用来产生水蒸气）；防止水倒吸（或用作安全瓶）；氢气。
（2）固体NaOH（或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂）；6mol·L^-1盐酸。
（3）A，B，E。
（4）加快氢气产生的速率。
（5）Fe₃O₄+4H₂==3Fe+4H₂O
（6）检验氢气的纯度；点燃氢气。

【错解分析】常见错解分析： 第（1）问：①第一空填入Fe₂O₃，NaHCO₃。②第二空填入（i）盛水蒸气，收集水蒸气，水蒸气冷凝成水流下。（ii）收集“引火铁”，收集生成的Fe₃O₄，产生H₂，使A中的反应3Fe+4H₂O→Fe₃O₄+4H₂向逆反应进行，在A中生成“引火铁”。③第三空填入（i）产生水蒸气；（ii）接收水蒸气，冷凝多余的水蒸气。（iii）收集“引火铁”。④第四空填入O₂，CO，HCl的水溶液。
第（2）问：①第一空填入（i）干燥剂；（ii）酸性干燥剂；（iii）NaOH水溶液；（iv）无水CuSO₄。②第二空填入（i）稀H₂SO₄；（ii）6mol/L盐。
第（3）问：①漏答A。②漏答B。③漏答E。④误答C。⑤误答G。⑥误答I。
第（4）问：①减慢反应速率，检验是否有水生成。②控制反应进行的程度。
第（5）问：①3Fe+4H₂OFe₃O₄+4H₂           ②Fe₂O₃+3H₂2Fe+3H₂O
第（6）问：①第一空填入（i）点燃以验纯。（ii）密封，用棉花堵上，不让空气进入试管。（iii）检验气体类别。②第二空填入（i）堵住，与空气隔绝。（ii）打开。
第（1）问：出现①误区，是由于未读懂题意，出现了与铁、水蒸气无关的物质，导致失误。出现②误区中：（i）是由于误认为是Fe₃O₄+H₂反应有水生成所致；（ii）是由于没看懂实验装置图，不知道其中发生的化学反应所致。出现③误区中：（i）是由于把B，C瓶的作用颠倒了所致；（ii）是由于未答出本质所在是防止倒吸，逆向思维能力较差，导致失误；（iii）是由于未看懂左侧装置图，不知道其中发生的化学反应所致。出现④误区，是由于未审出左侧装置图中发生的化学反应所致。
第（2）问：出现①误区中：（i）是由于未指明必须使用碱性固体干燥剂所致；（ii），（iv）是由于忽略了氯化氢气体的存在所致；（iii）是由于不懂干燥剂干燥气体的原理所致。出现②误区中：（i）是由于不符合题目限定的必须使用“6mol·L^-1盐酸”的条件，导致失误；（ii）是由于笔误，丢了一个“酸”字，使面目皆非，导致失误。
第（3）问：出现①误区，是由于不知道Fe与H₂O蒸气反应需要高温条件所致。出现②误区，是由于不知道B瓶的作用是充当水蒸气发生器所致。出现③误区，是由于不知道Fe₃O₄与H₂反应需要高温条件所致。出现④误区，是由于错将C瓶作为水蒸气发生器所致。出现⑤误区，是由于错将干燥管加热所致。出现⑥误区，是由于错将氢气发生器加热所致。
第（4）问：出现①误区，是由于不懂得原电池原理所致。出现②误区，是由于化学反应速率与化学平衡的概念混淆所致。
第（5）问：出现①误区，是由于未看懂右侧实验装置图，不知道E中发生了什么化学反应，导致失误。出现②误区，是由于错将Fe₃O₄写成Fe₂O₃所致。
第（6）问：出现①误区中：（i）是由于还未验纯就点燃，就失去了验纯的意义；（ii）是由于不懂得在反应发生前应排净E管中的空气，以保证纯净的H₂与Fe₃O₄反应的实验原理，导致失误；（iii）是由于将检验H₂纯度与检验气体类别混为一谈所致。出现②误区中：（i）是由于不懂得有气体参加反应的体系，最后应是开放体系的实验原理，导致失误；（ii）是由于不懂得尾气中的可燃性气体应点燃除去的道理所致。
【正解】认真读题，边读边联想有关反应的化学方程式，看完全题会得到启示。右边图比左边图更容易突破，H、I是制取H₂的实验室装置，由此确定右图是Fe₃O₄+H₂制取“引火铁”的装置图，则左图必是Fe+H₂O制取Fe₃O₄的装置图。在稳定住大局之后，逐一回答问题就比较容易了。
（1）实验开始前试管A中应加入铁粉，实验进行时，不断通入水蒸气，以保证反应持续进行。烧瓶B的作用显然是充当水蒸气发生器，不断向A试管中提供水蒸气。烧瓶C的作用是为了防止倒吸。在D试管中收集到的是氢气。
（2）实验时，U型管G中应加入碱性固体干燥剂，如：固体氢氧化钠、碱石灰等。以吸收氯化氢酸雾和水，得到干燥、纯净的氢气。长颈漏斗H中应加入6mol·L^-1的盐酸。
（3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是A，B，E。
（4）烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是加快氢气产生的速率。因为CuSO₄+Zn=ZnSO₄+Cu，Cu与Zn形成原电池，加快了锌与盐酸反应的速率。
（5）试管E中发生反应的化学方程式是Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O
（6）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须检验氢气的纯度，E管中的反应开始后，在F出口处应点燃氢气。