Question

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”。请分别用下图中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6 mol·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)。

                        图1                                             图2

填写下列空白：

(1)实验进行时试管A中应加入的试剂是_________；烧瓶B的作用是______________________；烧瓶C的作用是__________________；在试管D中收集得到的是______________________。

(2)实验时，U形管G中应加入的试剂是___________；长颈漏斗H中应加入___________。

(3)两套装置中，在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母) ___________。

(4)烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是__________________________。

(5)试管E中发生反应的化学方程式是______________________________________________。

(6)为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须___________；E管中的反应开始后，在F出口处应___________。

Answer 1

解析：首先明确本题涉及3个反应，即普通铁粉的高温氧化：

3Fe+4H₂OFe₃O₄+4H₂

Fe₃O₄的热还原：Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O

6 mol·L^-1盐酸与较活泼金属(如锌)制备上述反应所需的还原剂氢气：

Zn+2HClZnCl₂+H₂↑

    题目给出了两个装置图，图(1)内有生成物排水取气的装置。图(2)内则有发生氢气的装置。因此，前者为制取Fe₃O₄的装置，后者为制取“引火铁”的装置。

    试管A里装入的试剂是普通铁粉，烧瓶B的作用是制水蒸气，烧瓶C的作用是作为安全瓶防止水槽内的冷水倒吸，收集到试管D内的气体是氢气。

    如果把烧瓶C作为水蒸气的发生装置(试管A中的长导管有迷惑作用)，则反应中生成的氢气无法排出，这样一来，一方面使化学平衡不利于由铁转变为Fe₃O₄反应的进行，另一方面将使A、B两容器内压强过高而引起爆炸事故。

    在图(2)中，由于盐酸较浓，与活泼金属反应所产生的氢气中会带有部分盐酸酸雾，如不除去则会跟Fe₃O₄发生反应，所以U形管中应该用固体氢氧化钠或氧化钙、碱石灰等碱性干燥剂，以除去酸雾。6 mol·L^-1盐酸应从长颈漏斗中加入作为气体发生器的烧瓶内，烧瓶B是水蒸气发生器，为将其中的水变为水蒸气需要加热，普通铁粉被水蒸气氧化需在高温下进行，Fe₃O₄被氢气还原需在加热条件下进行，所以A、B、E都要加热。

    在烧瓶I中加入硫酸铜溶液，形成原电池，增大生成氢气的反应速率。

    为安全起见，进入试管内的氢气必须验纯，自导管F逸出的氢气应燃烧掉或导出室外，以免与室内空气形成爆炸混合物。

答案：(1)普通铁粉(或铁粉)  作为水蒸气发生器(或用来产生水蒸气)  防止水倒吸(或用作安全瓶)  氢气

(2)固体NaOH(或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂)  6 mol·L^-1 HCl

(3)A、B、E

(4)加快氢气产生的速度

(5)Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O

(6)检验氢气的纯度  点燃氢气