Question

3．在常温下，Fe与水并不起反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应． 应用图1装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”． 请回答该实验中的问题．
（1）写出该反应的化学方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe ₃O₄+4H₂，
（2）该同学欲确定反应后硬质试管中固体物质的成分，设计了如下实验方案：
①待硬质试管冷却后，取少许其中的固体物质溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是一定有Fe₃O₄，可能有Fe，若溶液未变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是Fe₃O₄和Fe．
（3）该同学按上述实验方案进行了实验，结果溶液未变红色，原因是Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（用离子方程式表示）．
（4）该同学马上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反应．若按图2所示的操作，可观察到生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的现象，请写出与上述现象相关的反应的化学方程式FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（5）一段时间后，该同学发现（4）中未变红的溶液变成红色，说明Fe²⁺具有还原 性．由此可知，实验室中含Fe²⁺的盐溶液现用现配制的原因是Fe²⁺易被空气中的氧气氧化而变质，并且配制含Fe²⁺的盐溶液时应加入少量铁粉．

Answer 1

分析 （1）铁与水蒸气发生氧化还原反应，生成四氧化三铁和氢气，据此书写化学方程式；
（2）KSCN溶液溶液变红色，说明有三价铁离子；溶液未变红色，说明无三价铁离子；
（3）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子；
（4）滴入NaOH溶液时，生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；
（5）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子，Fe²⁺具有还原性，Fe²⁺易被空气中的氧气氧化而变质，铁粉能与三价铁离子反应生成二价铁离子．

解答 解：（1）铁与水蒸气发生氧化还原反应，生成四氧化三铁和氢气，方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe ₃O₄+4H₂；
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe ₃O₄+4H₂；
（2）KSCN溶液溶液变红色，说明有三价铁离子，说明硬质试管中固体一定有Fe₃O₄，可能有Fe；KSCN溶液未变红色，说明无三价铁离子，一定有Fe₃O₄和Fe，
故答案为：一定有Fe₃O₄，可能有Fe；Fe₃O₄和Fe；
（3）铁单质能将三价铁离子还原成三价铁离子离子方程式，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）滴入NaOH溶液时，生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，该反应为FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（5）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子，Fe²⁺具有还原性，Fe²⁺易被空气中的氧气氧化而变质，铁粉能与三价铁离子反应生成二价铁离子，所以配制含Fe²⁺的盐溶液时应加入少量 铁粉；
故答案为：还原；Fe²⁺ 易被空气中的氧气氧化而变质；铁粉．

点评 本题以铁与水的反应考查氧化还原反应，明确物质的性质及反应中元素的化合价变化，掌握铁和水蒸气反应的原理和产物的检验是解答的关键，注意不同价态铁元素之间的转化．