Question

15．按如图1所示装置进行铁和水蒸气反应的实验．
（1）铁粉与水蒸气反应的化学方程式是：Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）为检验生成的气体产物，需从下图选择必要的装置，其正确的连接顺序为（用接口字母表示）a-fgbch，描述能验证气体产物的实验现象黑色的氧化铜变成红色，白色的无水硫酸铜变成蓝色；

（3）停止反应，待装置冷却后，取出反应过的铁粉混合物，加入过量的稀硫酸充分反应，过滤．简述检验所得滤液中Fe³⁺的操作方法：取少量滤液与试管中，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，证明含有铁离子，否则无铁离子；
（4）经检验上述滤液中不含Fe³⁺，这不能说明铁粉与水蒸气反应所得产物中不含+3价的铁．原因是（用离子方程式说明）：如果反应后的混合物中含有过量的铁粉，会发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，铁粉把铁离子全部还原为亚铁离子后滴入KSCN溶液不变红色；
（5）某同学利用上述滤液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向滤液中加入NaOH溶液后，观察到生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色．
①沉淀由白色变为红褐色的化学方程式是：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②为了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并尽可能使沉淀长时间保持白色，有同学设计如图2所示的装置：通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．下列说法中正确的是ABD（填序号）．
A．电源中的a为正极，b为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是2H⁺+2e^-═H₂↑

Answer 1

分析 （1）在高温下，铁粉和水蒸气反应，产物有四氧化三铁和氢气；
（2）生成的气体产物为氢气，氢气与氧化铜反应生成水，氢气与氧化铜反应之前要干燥，据此检验即可；
（3）检验滤液中是否含有Fe3+的简单方法是滴入几滴KSCN溶液，观察溶液是否变红色；
（4）反应生成四氧化三铁可以与稀硫酸发生反应Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若铁粉过量，还可以和铁离子反应生成亚铁离子，所以滤液中可能含有铁离子，也可能不含有铁离子；
（5）①氢氧化亚铁不稳定接触空气时很快被氧化为氢氧化铁；
②要较长时间观察到氢氧化亚铁的白色沉淀，关键是怎样降低反应体系中氧气的量，利用生成的氢气赶净装置中的氧气，氢气应在下面的电极产生，据此答题；

解答 解：（1）在高温下，铁粉和水蒸气反应，产物有四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂；
故答案为：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂；
（2）将产生的气体干燥后再与氧化铜反应生成铜单质和水，无水硫酸铜遇水变蓝色，所以实验装置连接顺序为afgbch，能验证气体为氢气的实验现象是黑色的氧化铜变成红色，白色的无水硫酸铜变成蓝色，
故答案为：fgbch；黑色的氧化铜变成红色，白色的无水硫酸铜变成蓝色；
（3）检验滤液中是否含有Fe³⁺的简单方法是滴入几滴KSCN溶液，观察溶液是否变红色，若溶液变红色证明含有Fe³⁺，否则不含；
故答案为：取少量滤液与试管中，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，证明含有铁离子，否则无铁离子；
（4）反应生成四氧化三铁可以与稀硫酸发生反应Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若铁粉过量，还可以和铁离子反应生成亚铁离子，所以滤液中可能含有铁离子，也可能不含有铁离子；
故答案为：如果反应后的混合物中含有过量的铁粉，会发生反应2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，铁粉把铁离子全部还原为亚铁离子后滴入KSCN溶液不变红色；
（5）①氢氧化亚铁不稳定接触空气时很快被氧化为氢氧化铁，反应的化学方程式为：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
故答案为：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②要较长时间观察到氢氧化亚铁的白色沉淀，关键是怎样降低反应体系中氧气的量，利用生成的氢气赶净装置中的氧气，氢气应在下面的电极产生，
A．产生氢气的电极应为阴极，所以根据装置图可知，电源中的a为正极，b为负极，故A正确；
B．可以用NaCl溶液作为电解液，阴极产生氢氧化钠与阳极产生的亚铁离子生成氢氧化亚铁，故B正确；
C．阳极用铁作电极，阴极不一定要用铁作电极，故C错误；
D．阴极是氢离子得电子生成氢气，电极反应式是2H⁺+2e^-═H₂↑，故D正确，
故选：ABD．

点评 本题考查了铁及其化合物性质的分析应用，实验过程分析和实验设计是解题关键，题目难度中等，知道水能使无水硫酸铜变蓝是水的特征反应，注意铁和水蒸气反应生成四氧化三铁而不是氧化铁，为易错点．