Question

在不同温度下，铁粉与水蒸气反应的产物不同．
Fe+H₂O

＜570℃  .

FeO+H₂    3Fe+4H₂O

＞570℃  .

Fe₃O₄+4H₂
某兴趣小组用如图所示装置，使铁粉与过量水蒸气充分反应．

（1）实验过程中，应先点燃

 

（选填“酒精灯”或“酒精喷灯”）；装置中石棉绒的作用是

 

．
（2）若在实验中的某段时间内生成H₂ 448mL（已换算成标准状况），则这段时间内参加反应的铁粉质量至少是

 

 g．
（3）铁粉完全反应后，兴趣小组对硬质玻璃管中生成的FeO和Fe₃O₄的质量进行测定，实验流程如下图（已知石棉绒不溶于盐酸）．

请回答下列问题：
①溶液B中的阳离子有

 

．
②固体样品A中铁的氧化物的质量分别是：m（FeO）=

 

 g，m（Fe₃O₄）=

 

 g．

Answer 1

分析：（1）铁能与空气中的氧气发生反应，先加热酒精灯利用生成的水蒸气排除装置中的空气；装置中石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积；
（2）依据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+H₂ ，由标准状况下氢气的体积求出氢气的物质的量，依据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+H₂ ，求出铁的物质的量，然后计算出铁的质量；
（3）分析流程图注意抓主要阳离子，固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B含有生成的Fe²⁺、Fe³⁺；加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁，灼烧得到D氧化铁；若加铜粉，溶液F中含有Fe²⁺、Cu²⁺，加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀，灼烧得到固体GFe₂O₃和CuO混合物．
①固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B中的阳离子有FeO和Fe₃O₄分别与盐酸反应生成的Fe²⁺、Fe³⁺，以及过量盐酸中的H⁺；
②红棕色固体D为Fe₂O₃，其中Fe来源于FeO和Fe₃O₄，固体G为Fe₂O₃和CuO混合物，质量差1.2g为CuO的质量，由此可求出Fe³⁺和Fe²⁺、Cu²⁺的物质的量，根据Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量求出FeO和Fe₃O₄的物质的量，最后换算成质量即可．

解答：解：（1）铁能与空气中的氧气发生反应，因此为了排除氧气的干扰，先加热酒精灯利用生成的水蒸气排除装置中的空气；装置中石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积，
故答案为：酒精灯；增大铁粉与水蒸气的接触面积；
（2）生成氢气的物质的量n（H₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，依据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+4H₂可知：n（Fe）=

3

4

×n（H₂）=

3

4

×0.02mol=0.015mol，Fe的质量m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
故答案为：0.84；
（3）由流程图可知，固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B含有生成的Fe²⁺、Fe³⁺；加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁，灼烧得到D氧化铁；若加铜粉，溶液F中含有Fe²⁺、Cu²⁺，加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀，灼烧得到固体GFe₂O₃和CuO混合物．
①固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B中的阳离子有FeO和Fe₃O₄分别与盐酸反应生成的Fe²⁺、Fe³⁺，以及过量盐酸中的H⁺，
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺；
②红棕色固体D为Fe₂O₃，其物质的量n（Fe₂O₃）=

4.0g

160g/mol

=0.025mol，由此可知FeO和Fe₃O₄中n（Fe²⁺）+n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=0.05mol，固体G为Fe₂O₃和CuO混合物，则CuO的质量m（CuO）=5.2g-4.0g=1.2g，n（CuO）=

1.2g

80g/mol

=0.015mol，根据2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，n（Fe³⁺）=0.015mol×2=0.03mol，则n（Fe²⁺）=0.05mol-0.03mol=0.02mol，设FeO的物质的量为xmol，Fe₃O₄的物质的量为ymol，则有：x+y=0.02、2y=0.03，求得x=0.005，y=0.015，因此m（FeO）=0.005mol×80g/mol=0.4g，m（Fe₃O₄）=0.015mol×232g/mol=3.48g，
故答案为：0.4；3.48．

点评：本题考查铁与水蒸气的反应，侧重于化学反应原理和化学计算的综合应用，其中（3）②是难点，在计算中注意抓住主要离子，运用元素守恒进行物质的量的求算．