Question

17．新型材料纳米级铁粉与普通铁粉具有不同的性质．已知：在不同温度下，纳米级铁粉与水蒸气反应的固体产物不同，温度低于570℃时，生成FeO；高于570℃时，生成Fe₃O₄．
（1）写出温度低于570℃时反应的化学方程式Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;低于570°C\;}}{\;}$ FeO+H₂．
（2）中学教材中用如图所示实验装置，完成铁粉与水蒸气反应的演示实验．实验中使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H₂．
（3）乙同学为了探究实验后的固体产物是否存在Fe₃O₄（假定铁全部反应完全）设计下列实验方案：
①取固体样品m₁g，溶于足量的稀盐酸；
②向①反应后的溶液中加入足量H₂O₂得溶液X再加氨水，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；
③将②中所得固体进行灼烧，得到红棕色固体m₂g．
溶液X中发生氧化还原反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；m₁与m₂符合$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.97关系时，才能确定固体样品中一定只存在Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （1）纳米级铁粉与水蒸气反应，温度低于570℃时，生成FeO，结合原子守恒写出化学方程式；
（2）使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H₂；
（3）取固体样品m₁g，溶于足量的稀盐酸，双氧水可将二价铁离子氧化为三价铁离子，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）纳米级铁粉与水蒸气反应，温度低于570℃时，生成FeO，反应的化学方程式为：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;低于570°C\;}}{\;}$FeO+H₂，
故答案为：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;低于570°C\;}}{\;}$FeO+H₂；
（2）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；
（3）双氧水可将二价铁离子氧化为三价铁离子，离子方程式为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
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=$\frac{144g}{160g}$=0.9；
假设全部是Fe₃O₄，
2Fe₃O₄～3Fe₂O₃
464g   480g 
m₁与m₂之比为：$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=$\frac{464g}{480g}$=0.97，
m₁与m₂之比最少应大于 0.97时，固体样品中一定存在Fe₃O₄，
故答案为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}$=0.97．

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．