Question

铁不能与冷、热水反应，但能与水蒸气反应．中学教材中用下图所示实验装置，完成还原铁粉与水蒸气反应的演示实验．
资料显示，在不同温度下，还原铁粉与水蒸气反应的产物是不同的，温度低于570℃时，生成FeO；高于570℃时，生成Fe₃O₄．
（1）实验中使用肥皂液的作用是

 

．
（2）甲同学对实验后试管内的黑色固体X含有哪些物质进行了探究．
提出假设：①所得固体是FeO
②所得固体是Fe₃O₄
③所得固体是

 

．
实验探究：

实验编号	实验操作	实验现象
①	取少量黑色粉末X放入试管1中，加入盐酸，微热．	黑色粉末逐渐溶解，有少量气泡产生．
②	取试管1反应后的溶液少许，滴加几滴KSCN溶液，振荡．	溶液没有出现血红色．
③	取试管1反应后的溶液少许，滴加几滴酸性KMnO4溶液，振荡	高锰酸钾溶液褪色

问题讨论：经小组讨论后认为甲的方案不完善．根据实验事实，能确定固体X中存在的物质是

 

，但不能确定X的成分，原因是

 

．
（3）乙同学设计下列实验方案以确定实验后试管内的固体是否存在Fe₃O₄．

①溶液X中发生氧化还原反应的离子方程式为

 

；
②操作a包括过滤和洗涤，检验沉淀是否已经洗涤干净的操作是

 

；
③如果取固体样品m₁克，反应后得到红棕色固体m₂克，则m₁与m₂之比最少应大于

 

时，才能确定固体样品中一定存在Fe₃O₄．

Answer 1

分析：（1）使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H₂；
（2）可能是FeO、Fe₃O₄的混合物；加入盐酸有少量气泡产生，说明有单质铁；
（3）①双氧水可将二价铁离子氧化为三价铁离子；
②洗涤液中无氯离子，表明沉淀已洗涤干净；
③利用极限法来假设全部是FeO或Fe₃O₄计算m₁与m₂之比；

解答：解：（1）使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H₂，反应一段时间后，有肥皂泡吹起时，用点燃的火柴靠近肥皂泡，当听到爆鸣声时，说明“铁与水蒸气”能够进行反应，故答案为：检验反应中生成的H₂；
（2）可能是FeO、Fe₃O₄的混合物；加入盐酸有少量气泡产生，说明有单质铁，不能确定是否含有Fe₃O₄或FeO，如果混合物中存在Fe₃O₄，溶于盐酸生成的 Fe³⁺与 Fe反应生成了 Fe²⁺；且溶液中的 Fe²⁺也有可能是 Fe与 Fe³⁺反应的产物，
故答案为：FeO、Fe₃O₄的混合物；Fe；不能确定是否含有Fe₃O₄或FeO，如果混合物中存在Fe₃O₄，溶于盐酸生成的 Fe³⁺与 Fe反应生成了 Fe²⁺；且溶液中的 Fe²⁺也有可能是 Fe与 Fe³⁺反应的产物；
（3）①双氧水可将二价铁离子氧化为三价铁离子，离子方程式：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，
故答案为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；
②洗涤液中无氯离子，表明沉淀已洗涤干净，检验方法为取少量最后一次洗涤液，滴加AgNO₃溶液，若无沉淀生成，表明沉淀已洗涤干净，
故答案为：取少量最后一次洗涤液，滴加AgNO₃溶液，若无沉淀生成，表明沉淀已洗涤干净；
③固体样品m₁克与红棕色固体m₂克所含铁元素的物质的量相同，假设全部是FeO，
2FeO≈Fe₂O₃
144g  160g
m₁与m₂之比=

144g

160g

=0.9；
假设全部是Fe₃O₄，
2Fe₃O₄≈3Fe₂O₃
464g   480g 
m₁与m₂之比=

464g

480g

=0.97，m₁与m₂之比最少应大于 0.9时，固体样品中一定存在Fe₃O₄，故答案为：0.9．

点评：本题考查铁及其化合物的性质，难度较大，③中的计算是难点，学生应充分利用信息并结合极限法来综合应用解答本题．