Question

10．在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体．某兴趣小组请你参与研究：铁与水蒸气反应一段时间后剩余固体物质的成分、性质及再利用．

（1）【推断】观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体是氢气．
（2）探究B装置中剩余固体成分是什么？
【查阅资料】
1．碎瓦片能防爆沸，碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物
2．铁的氧化物中，只有Fe₂O₃是红棕色，其余均为黑色，只有Fe₃O₄能被磁铁吸引．
【初步探究】B装置中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引
【猜想与假设】
猜想一：剩余固体是Fe₃O₄
猜想二：剩余固体是Fe与Fe₃O₄
【实验探究】

实验操作	实验现象及结论

【实验结论】铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂
（3）【成分再利用】若将B装置中剩余的黑色固体ag，经过一系列转化，全部变为红棕色固体Fe₂O₃（假设转化过程中铁元素无损耗），增加的质量为x，则x的取值范围为0.03a≤x＜0.43a．

Answer 1

分析 观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体具有还原性，说明是H₂；能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe与Fe₃O₄；根据“高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体”和猜想，书写化学方程式．

解答 解：（1）观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体具有还原性，再根据反应物为“铁与水蒸气”，所以该气体是氢气，故填：氢气；
（2）【猜想与假设】能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe与Fe₃O₄；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe，故填：Fe与Fe₃O₄．
【实验探究】根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸，若固体全部溶解，没有气泡冒出，则猜想一正确．若固体全部溶解，有气泡冒出，则猜想二正确，故填：取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸；若固体全部溶解，没有气泡冒出，则猜想一正确．若固体全部溶解，有气泡冒出，则猜想二正确．
【实验结论】根据“在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体”和猜想，所以铁和水蒸气反应会生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；故填：3Fe+4H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（3）假设黑色固体全是铁，则
2Fe-----Fe₂O₃          质量增加
112        160             48
ag                             x
则x=0.43a
假设黑色固体全部是四氧化三铁，则
2Fe₃O₄------3Fe₂O₃           质量增加
464                480              16
ag                                       x
则x=0.03a，
根据猜想，所以x的取值范围为0.03a≤x＜0.43a      
故答案为：0.03a≤x＜0.43a

点评 本题考查铁及其化合物的性质实验，题目难度较大，注意利用题目中的信息进行书写化学方程式