Question

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

 

．
（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
能否溶于稀盐酸	能	能	能

【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Fe与Fe₃O₄；猜想二：剩余固体是

 

．
【实验探究】

实验操作	实验现象及结论
取少量黑色固体试管中，加入足量的稀盐酸	若   ，剩余固体是   ，若   ，剩余固体是Fe与Fe3O4

【实验结论】铁和水蒸气反应的化学方程式为

 

，该反应的基本类型是

 

．
【反思与交流】该黑色固体不可能是FeO或Fe₂O₃，理由是

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的性质或变化规律,常见气体的检验与除杂方法,酸的化学性质,反应类型的判定,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；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．
（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．
【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．
【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．

【实验结论】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

高温  .

Fe₃O₄+4H₂↑．该反应由一种单质跟一种化合物起反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应属于置换反应．
【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．
故答案为：
（1）提供水蒸气；（2）H₂；（3）【猜想与假设】猜想二：Fe₃O₄
【实验探究】

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	若若固体全部溶解，没有气泡冒出，剩余固体是Fe3O4，若 若固体全部溶解，有气泡冒出，剩余固体是Fe与Fe3O4

【实验结论】3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂↑；置换反应
【反思与交流】Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引．

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．