Question

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．  应用下列装置，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）写出该反应的反应方程式：

 

；并指明该氧化还原反应的还原剂是

 

，氧化剂是

 

． 若该反应生成的氢气在标况下为11.2L时，转移的电子数目为

 

（2）该实验进行之前的一步操作是

 

，操作方法是：

 

（3）圆底烧瓶中盛装的水，该装置受热后的主要作用是

 

；烧瓶底部放置了几片碎瓷片，碎瓷片的作用是

 

．
（4）酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是

 

，为什么？

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：

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；还原剂的判定方法根据化合价升高的物质，氧化剂是化合价降低的物质；根据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4H₂；氢从+1变为0价，方程式中生成4molH₂转移8个电子；
（2）该反应物为水蒸气与铁，生成物种有氢气生成，所以实验前必须对整套装置进行气密性检查；
（3）反应物为水蒸气与铁，加热的目的为实验提供水蒸气；
（4）如果在一套装置中需要两处加热，一定要注意点燃加热仪器的顺序，一般是根据实验的安全性和对实验结果的影响来考虑；该装置先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯，防止先点燃酒精喷灯导致Fe与O₂的反应．

解答： 解：（1）铁与水蒸气发生氧化还原反应：3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4H₂，根据化合价升降来判断氧化剂和还原剂，因铁的化合价升高，所以铁作还原剂，水中氢的化合价降低，水作氧化剂；
根据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4H₂；氢从+1变为0价，方程式中生成4molH₂转移8个电子，该反应生成的氢气在标况下为11.2L时，n（H₂）=

v

vm

=

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，则转移电子物质的量为0.5mol×

8

4

=1mol=N_A
故答案为：3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4H₂；Fe；H₂O；N_A；
（2）铁和水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气，该反应物为水蒸气与铁，生成物种有氢气，所以实验前必须对整套装置进行气密性检查，操作方法是：在玻璃管口A处接一段乳胶管，乳胶管头上连一段玻璃管，并将管口没入水中，用酒精灯火焰微热烧瓶底部，如果能够观察到没入水中的玻璃管口有气体逸出，停止加热后玻璃管内有水柱上升，且较长时间水柱不回落，则表明该套装置气密性良好，
故答案为：检验装置的气密性；在玻璃管口A处接一段乳胶管，乳胶管头上连一段玻璃管，并将管口没入水中，用酒精灯火焰微热烧瓶底部，如果能够观察到没入水中的玻璃管口有气体逸出，停止加热后玻璃管内有水柱上升，且较长时间水柱不回落，则表明该套装置气密性良好；
（3）因为反应物为水蒸气与铁，所以这里加热的目的就是为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气，
故答案为：为实验提供提供持续不断的水蒸气；  防止暴沸事故的发生；
（4）点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响，在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应该先点燃酒精灯，产生水蒸气后，排掉硬质玻璃管内空气，再点燃酒精喷灯，
故答案为：先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯；防止先点燃酒精喷灯导致Fe与O₂的反应．

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，题目难度中等．