Question

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．小明很好奇，设计如下实验探究铁粉与水蒸气反应后的产物．
（1）试管尾部放一团湿棉花的目的是

 

．
（2）探究生成的气体是什么？用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空中．说明生成的气体是

 

．写出该反应的化学方程式

 

．
（3）探究试管中剩余固体成分是什么？
【查阅资料】

常见铁的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
颜色、状态	黑色粉末	红棕色粉末	黑色晶体
能否被磁铁吸引	否	否	能
与盐酸反应	FeCl2+H2O	FeCl3+H2O	FeCl2+FeCl3+H2O

【初步验证】试管中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引．
【猜想与假设】猜想一：剩余固体是

 

；猜想二：剩余固体是

 

．
【实验探究】

实验操作	实验现象及结论

【实验结论】铁和水蒸气反应的化学方程式为

 

．
【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe₂O₃，理由是

 

．
（4）若反应前称得铁的质量为2.1g，高温下，铁与水反应结束称得固体质量为2.8g则剩余固体成分是

 

．（通过计算说明，要求写出计算过程）

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,常见气体的检验与除杂方法,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：实验探究铁粉与水蒸气反应，当然需要H₂O作为反应物；有爆鸣声、密度小，说明是H₂；能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一Fe与Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe₃O₄；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．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；熟记常用物质的性质：如Fe₂O₃红棕色粉末．

解答：解：（1）根据图和“高温下，铁与水蒸气能反应”，可知试管尾部放一团湿棉花的目的是提供水蒸气．故填：提供水蒸气；
（2）用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空中．说明生成的气体具有可燃性、密度小于空气，再根据反应物为“铁与水蒸气”，则是 H₂．氢气爆鸣是氢气与氧气在点燃的条件下反应生成水的过程；故填：H₂；2H₂+O₂

点燃  .

2H₂O；
（3）【猜想与假设】能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一Fe与Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe₃O₄；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．故填：Fe、Fe₃O₄；Fe₃O₄；
【实验探究】根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：

实验操作	实验现象及结论
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，则猜想二正确． 若固体全部溶解，有气泡冒出，则猜想一正确．

故填：

实验操作	实验现象及结论
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，剩余固体是Fe3O4． 若固体全部溶解，有气泡冒出，剩余固体是Fe与Fe3O4．

【实验结论】铁和水蒸气在高温的条件下反应生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂；故填：3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂；
【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe₂O₃，理由是 Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引．故填：Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引；
（4）解：设高温下，2.1g铁与水反应生成四氧化三铁的质量为x
3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂  质量增加
168          232          232-168=64
              x           2.8g-2.1g=0.7g

232

64

=

x

0.7g

x≈2.54g
2.8g＞2.54g
所以剩余固体中含有铁粉，剩余固体为铁和四氧化三铁的混合物．
故填：Fe、Fe₃O₄．

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．书写水蒸气和铁反应的化学方程式时，要注意反应物水以气体形式参加反应，生成的氢气后面不能加“↑”．