题目内容
【题目】某研究性学习小组请你参与“研究铁与水反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究，并共同回答下列问题：
探究一设计如图所示装置进行“铁与水反应”的实验(夹持仪器略)。
(1)硬质玻璃管B中发生反应的化学方程式为____________。
(2)反应前A中投放碎瓷片的目的是_______。
(3)装置E中的现象是____________。
探究二设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管B中黑色固体的成分。
(4)待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于___后，将所得溶液分成两份。
(5)一份滴加几滴KSCN溶液。若溶液变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为____ (填序号，下同)；若溶液未变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为______。
①一定有Fe3O4 ②一定有Fe ③只有Fe3O4 ④只有Fe
(6)另一份用胶头滴管加入_______(填试剂和现象)，可以证明溶液中存在Fe2＋。
探究三设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数。
(7)试剂b的化学式是____________。
(8)计算反应后B装置中铁元素的质量分数为_______。
【答案】3Fe＋4H2O(g)
Fe3O4＋4H2 防止暴沸 黑色固体变红，右端管壁有水珠 稀硫酸 ① ② 酸性KMnO4溶液，溶液褪色(或铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，答案合理即可) 碱液（如NaOH、KOH) 77.8%
【解析】
(1)硬质管中铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气。
(2)液体加热时容易发生暴沸现象，加入碎瓷片的作用是防止暴沸。
(3)装置E中发生反应为H2＋CuO
Cu＋H2O，则反应现象是黑色固体变红，右端管壁有水珠。
(4)在验证反应后黑色固体的成分时，检验Fe3＋，最佳试剂为KSCN溶液，在确定存在Fe3＋时，检验Fe2＋，可用酸性KMnO4溶液。由于酸性KMnO4溶液与盐酸发生反应，所以在溶解反应后的黑色固体时，不能用盐酸，也不能用硝酸(因为HNO3可氧化Fe2＋)，可用稀硫酸。
(5)一份滴加几滴KSCN溶液，若溶液变红色，说明溶液中含有铁离子，则可推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为①一定有Fe3O4；若溶液未变红色，则溶液中不存在铁离子，可推断硬质玻璃管B中固体物质中一定存在Fe，即②正确。
(6)检验亚铁离子，需要用胶头滴管加入酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则证明溶液中含有亚铁离子。
(7)由“红棕色固体”知，该物质为Fe2O3，则试剂b为NaOH溶液。
(8)氧化铁的质量为：m(Fe2O3)＝32 g，则氧化铁的物质的量为n(Fe2O3)＝
＝0.2 mol，则含有铁元素的物质的量为n(Fe)＝0.4 mol，即可算反应后B装置中铁元素的质量分数。
(1)硬质管中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)
Fe3O4＋4H2，故答案为：3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(2)液体加热时容易发生暴沸现象，加入碎瓷片的作用是防止暴沸，故答案为：防止暴沸。
(3)装置E中发生反应为H2＋CuOCu＋H2O，则反应现象是黑色固体变红，右端管壁有水珠，故答案为：黑色固体变红，右端管壁有水珠。
(4)在验证反应后黑色固体的成分时，检验Fe3＋，最佳试剂为KSCN溶液，在确定存在Fe3＋时，检验Fe2＋，可用酸性KMnO4溶液。由于酸性KMnO4溶液与盐酸发生反应，所以在溶解反应后的黑色固体时，不能用盐酸，也不能用硝酸(因为HNO3可氧化Fe2＋)，可用稀硫酸，故答案为；稀硫酸。
(5)一份滴加几滴KSCN溶液，若溶液变红色，说明溶液中含有铁离子，则可推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为①一定有Fe3O4；若溶液未变红色，则溶液中不存在铁离子，可推断硬质玻璃管B中固体物质中一定存在Fe，即②正确，故答案为：①；②。
(6)检验亚铁离子，需要用胶头滴管加入酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则证明溶液中含有亚铁离子，故答案为：酸性KMnO4溶液，溶液褪色(或铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，答案合理即可)。
(7)由“红棕色固体”知，该物质为Fe2O3，则试剂b为NaOH溶液，故答案为：碱液（如NaOH、KOH)。
(8)氧化铁的质量为：m(Fe2O3)＝32 g，则氧化铁的物质的量为n(Fe2O3)＝＝0.2 mol，则含有铁元素的物质的量为n(Fe)＝0.4 mol，则反应后B装置中铁元素的质量分数为
×100%≈77.8%。，故答案为：77.8%。
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