Question

古代铁匠常把烧红的铁器浸入水中急速冷却，增加铁器的硬度，此法称为“淬火”．某兴趣小组同学设计了如图所示实验，用以探究铁与水高温反应后的产物．
查阅资料：常温下没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但高温下铁与水蒸气能反应，生成一种常见的铁的氧化物和一种气体．
（1）试管尾部放一团湿棉花的目的是

 

该反应中组成棉花的成分物质不参与反应，棉花也没燃烧，棉花没有燃烧的原因是

 

．
（2）探究生成的气体是什么？
猜测1：氧气
猜测2：氢气
猜测3：二氧化硫；小红认为不需要做实验就可以排除猜想3，她的理由是

 

．
【实验验证】：如图把导管通入肥皂水中，产生的肥皂泡飘到空中．用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，说明生成的气体是

 

．
（3）充分反应后探究试管中剩余固体成分是什么？
【查阅资料】常见铁的氧化物有三种：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，其中仅有Fe₂O₃为红色，FeO、Fe₃O₄均为黑色，且只有Fe₃O₄有导磁性．三物质均能与稀硫酸反应而被“溶解”但无气泡产生，三种物质均不与硫酸铜溶液反应．
【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Fe₃O₄；猜想二：剩余固体是

 

【实验探究】

实验操作	实验现象	实验结论
将反应后得到的黑色粉末放入足量稀硫酸中		猜想一成立
将反应后得到的黑色粉末放入足量的硫酸铜溶液中

【实验结论】铁和水蒸气反应的化学反应式为

 

；
【反思评价】生成固体物中不含有FeO和Fe₂O₃的原因是

 

．

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,酸的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

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，结合燃烧的条件分析棉花没有燃烧的原因，然后结合质量守恒定律分析猜想3，有爆鸣声、密度小，说明该气体是H₂；能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一是Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，所以猜想二是Fe₃O₄ 和Fe；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，燃烧需要的条件有：可燃物、氧气、温度达到着火点，所以棉花也没燃烧，棉花没有燃烧的原因是：水汽化吸热，温度达不到棉花的着火点；
（2）根据质量守恒定律可知，化学反应前后元素种类不变，所以小红认为不需要做实验就可以排除猜想3，她的理由是：反应物中没有硫元素，
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”，说明生成的气体是氢气；
【猜想与假设】能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，猜想一是Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe₃O₄ 和Fe；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．
【实验探究】根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：取少量剩余固体于试管中，向其中滴加足量稀盐酸；固体全部溶解，没有产生气泡；将反应后得到的黑色粉末放入足量的硫酸铜溶液中，没有明显现象，所以

实验操作	实验现象	实验结论
将反应后得到的黑色粉末放入足量稀硫酸中	固体消失，无气泡产生	猜想一成立
将反应后得到的黑色粉末放入足量的硫酸铜溶液中	无明显现象

【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↑；
【反思与交流】生成固体物中不含有FeO和Fe₂O₃的原因是：FeO、Fe₂O₃都不能被磁铁吸引，氧化铁是红棕色．
故答案为：（1）提供水蒸气，水汽化吸热，温度达不到棉花的着火点；
（2）反应物中没有硫元素，氢气；
（3）【猜想与假设】猜想二：剩余固体是Fe₃O₄ 和Fe；
【实验探究】

实验操作	实验现象	实验结论
	固体消失，无气泡产生
	无明显现象

【实验结论】3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
【反思与交流】FeO、Fe₂O₃都不能被磁铁吸引，氧化铁是红棕色．

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．