Question

15．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：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）写出铁与水蒸气反应的化学方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂
（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3mol/L H2SO4，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，滴加1～2滴20%KSCN	溶液变红色，则固体产物含+3价铁
步骤3	取少量步骤1中滤液于试管中，滴加1～2滴0.01mol/L KMnO4	溶液紫色褪去，则固体产物含+2价铁

步骤1中加入足量1mol/L CuSO₄溶液的作用是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．

Answer 1

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；
（2）铁与水蒸气在加热条件下反应生成四氧化三铁和氢气，据此写出反应方程式；
（3）要验证固体产物中铁元素的价态，应该先将固体溶解，考虑到可能有铁单质剩余，会与三价铁离子反应，所以要先除去铁单质，选用的试剂是硫酸铜溶液；剩余的固体则应用稀硫酸溶解，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，据此进行解答．

解答 解：（1）利用加热法检验该装置气密性，将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，则气密性良好，
故答案为：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）铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（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，然后，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，
故答案为：

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

；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．

点评 本题考查铁及其化合物性质，题目难度中等，涉及铁与水蒸气的反应、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等知识，试题知识点较多、充分考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．