Question

4．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”．请分别用如图所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^-1的盐酸，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中应加入的试剂是普通铁粉（或铁粉）；烧瓶B的作用是产生水蒸气；烧瓶C的作用是防止水倒吸（或用作安全瓶）
（2）实验时，长颈漏斗H中应加入6mol/L的稀盐酸U型管G的作用是除去H₂中混有的HCl和水蒸气
（3）装置I中，在实验时需要加热的仪器是（填该仪器对应的字母）AB；当反应转移了4mol电子时，试管D中收集到的气体在标准状况下的体积为44.8L．
（4）写出试管A中发生反应的化学方程式：．

Answer 1

分析 （1）烧瓶的作用就是加热液体或者对液体进行蒸馏，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷，引起水的倒流而加了装置C；
（2）为了方便加入稀盐酸使用了长颈漏斗，由于盐酸具有挥发性，所以在生成氢气的同时也会带出一部分水蒸气和氯化氢．需要碱性的固体干燥剂；
（3）反应需要高温和水蒸气，故装置I中A和B都需要加热．
（4）根据A中发生反应，此反应转移8mol电子来分析．
（5）铁与水蒸气在高温条件下生成四氧化三铁和氢气，据此写出化学方程式．

解答 解：（1）根据题干中所提供的物质可以推断出第一步实验中除了生成四氧化三铁外还会生成氢气，发生的反应为铁在高温和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4H₂+Fe₃O₄；试管A是铁与水蒸气反应的装置，故在A中装的应该是普通铁粉，在反应过程中 要生成氢气，所以D是用来收集氢气的，烧瓶的作用就是加热液体或者对液体进行蒸馏，所以这里蒸馏瓶所起的作用就是产生水蒸气，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷，引起水的倒流从而在试管和收集气体的试管中间加上了广口瓶，保证实验安全；A中是铁和水蒸气的反应；B中为产生水蒸气的装置，C为安全瓶防止倒吸的作用，D中收集的是氢气，
故答案为：普通铁粉（或铁粉）；产生水蒸气；防止水倒吸（或用作安全瓶）；
（2）装置I是用来制取氢气的装置，所以装置H是用来添加6mol/L盐酸的，F中发生反应：Fe₃O₄+4H₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4H₂O；由于使用的是稀盐酸来制取氢气，所以在产生氢气的同时可能带出部分水蒸气和氯化氢气体，故在U型管中加入固体来干燥气体，吸收氯化氢和水蒸气，故答案为：6mol/L的稀盐酸； 除去H₂中混有的HCl和水蒸气；
（3）反应是在高温的条件下反应的，所以A装置要加热，同时反应需要水蒸气的参加，故B也需要加热，故答案为：AB；
（4）根据A中发生反应，此反应转移8mol电子，生成4mol氢气，故当转移4mol电子时，生成2mol氢气，在标况下体积为44.8L，故答案为：44.8L；
（5）铁与水蒸气在高温条件下生成四氧化三铁和氢气，据此写出化学方程式：，故答案为：．

点评 本题考查了铁及其化合物性质的应用，主要是铁和水反应，氢气还原铁的氧化物反应，实验设计的装置判断和反应位置判断，我们在制取氢气时通常用的是稀硫酸，但是本题要求我们必须使用稀盐酸，故氢氧化钠的作用起了一箭双雕的作用，这点是我们做题时易错的地方，要多加注意，从这里可以看出，我们在做题时要克服思维定势，仔细审题以保证答题的准确性．