Question

15．小明从资料上获知：铁在高温下，铁与水蒸气能反应生成气体和一种常见铁的氧化物．小明很好奇，为此他和兴趣小组对该反应进行了探究．
探究一：铁与水蒸气反应产生的气体是什么？
【提出猜想】
（1）可能是氧气；
（2）可能是氢气；
（3）可能是二氧化碳
小明认为猜想（3）不正确，理由是反应物中不含有碳元素．
【设计实验】设计实验探究铁粉与水蒸气反应后的产物，用燃着的木条接近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空气中（如图所示）
【结论】铁与水蒸气反应生成的气体是H₂．
探究二：探究反应后试管中剩余固体的成分是什么？
【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

Fe₃O₄+8HCl═FeCl₂+2FeCl₃ +4H₂O；FeO+2HCl═FeCl₂+H₂O；
Fe+2FeCl₃═FeCl₂
【提出猜想】该黑色固体是铁，氧化亚铁和四氧化三铁中的一种或几种．
【分析】该固体中一定不含的物质是Fe₂O₃，判断依据是Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引．
【实验探究】

	实验操作	实验现象	结论
步骤1	将试管内黑色物质放于白纸上，将磁铁置于固体上方	能全部被磁铁吸引	一定没有 FeO
步骤2	取少量黑色固体于试管中，加入足量的硫酸铜溶液	固体表面有红色物质附着，试管底部仍然有黑色固体

【反思拓展】实验中铁和水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．

Answer 1

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：铁和水中不含有碳元素，故不可能生成二氧化碳气体，故填：反应物中不含有碳元素；
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”，则是H₂．
故填：H₂；
该黑色固体不可能是Fe₂O₃，因为Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引，故填：Fe₂O₃；Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引；
能被磁铁吸引的是Fe₃O₄，而氧化亚铁不能被磁铁吸引，故一定不含有氧化亚铁；铁能与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故一定含有铁；
故填：FeO；
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，则铁和水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．故填：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．

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．