Question

（16分）某研究小组为了探究“铁与水蒸气”的反应的产物，进行了下列实验：用如图所示实验装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”（石棉绒高温下不与水和铁反应）．

（1）如何检查该装置的气密性：                                                          
（2）写出铁与水蒸气反应的化学方程式                           
（3）验证固体产物中铁元素的价态
限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；1mol/L CuSO₄、3mol/L H₂SO₄、3mol/L HNO₃、30%H₂O₂、0.01mol/L KMnO₄、20%KSCN、蒸馏水。
在答题卡上按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。

	实验步骤	预期现象与结论
步骤1	取反应后干燥的固体ag于试管中，加入足量的1mol/L CuSO4溶液，充分振荡，经固液分离、洗涤后，再向固体中滴加足量的           ，振荡溶解，过滤后将滤液配成250mL溶液，待用。
步骤2	取少量步骤1中滤液于试管中，
步骤3	取少量步骤1中滤液于试管中，

步骤1中加入足量1mol/L CuSO₄溶液的作用是                                    。
（4）固体产物中铁元素的质量分数的测定可采用下图的流程

其中步骤①是向溶液中加入锌粉至黄色刚好消失；步骤②用0.010 mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液平均为v mL。（已知5Fe^2＋＋MnO₄^－  ＋8H^＋==5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O）
其中加入锌粉的目的是____                               ____。
实验测得ag样品中固体产物铁元素的质量分数为____　　　    __ _(只列计算表达式)。

Answer 1

（1）将C处导气管末端浸入水槽中，加热A处圆底烧瓶，导管末端出现气泡，停止加热后导管末端出现一段水柱。（2分）
（2）3Fe+4H₂O（g）Fe₃O₄+4H₂（2分）
（3）

	实验步骤	预期现象与结论
步骤1	3mol/L H2SO4（2分）
步骤2	滴加1～2滴20%KSCN（2分）	溶液变红色，则固体产物含+3价铁（1分）
步骤3	滴加1～2滴0.01mol/L KMnO4（2分）	溶液紫色褪去，则固体产物含+2价铁（1分）

 
除去反应后固体中可能未反应完的铁粉，以免影响后续实验的结果分析。
（4）将Fe^3＋还原为Fe^2＋    （2分）（2分）

解析试题分析：
（1）检查装置的气密性有加热法和液压法，从本装置的情况看，应该选用加热法，注意操作要C处将导管伸入水槽，并微热A处圆底烧瓶，现象是导管末端出现气泡，停止加热后导管末端出现一段水柱，结论是气密性良好，用操作现象结论的思维进程去答题。
（2）书写这个方程式要注意金属和水反应的特点，如常见的Na、Mg、Al、Fe等金属与水的反应。
（3）验证固体产物中铁元素的价态 ，先要将固体溶解，但考虑到可能有铁单质剩余，会和三价铁离子反应，所以要先除去铁单质，选用的试剂是硫酸铜溶液，然然，剩余的固体则应用稀硫酸溶解（因为硝酸的氧化性会氧化二价铁），接着确定检验相应离子的试剂，三价铁离子用的是硫氰化钾溶液，而检验二价铁则从限选试剂中只能用高锰酸钾溶液，利用二价铁离子的还原性，答题时注意试剂的用量和叙述即可。
（4）弄清实验目的“固体产物中铁元素的质量分数的测定”，所以由加入锌粉后溶液的黄色恰好消失，可知是用于还原三价铁离子；由题意可知，n(Fe²⁺)=5n(MnO₄^-) m(Fe)=,再求质量分数即可
考点：铁与水蒸气的反应；气密性的检验；实验方案设计；二价铁、三价铁离子的检验方法。