Question

8．某校化学小组学生利用图所列装置进行“铁与水反应”的相关实验，并利用产物进一步制取FeCl₃•6H₂O晶体．（图1中夹持及尾气处理装置均已略去）

（1）装置B中发生反应的化学方程式是3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（2）装置E中的现象是红色的粉末变成黑色，管壁产生水珠．
（3）有同学为了研究一定时间内铁粉的转化率，他在上述装置后边连接了图2所示装置，为了计算铁粉的转化率，下列①③④数据是必需测量的（填序号）．
①反应前铁粉的质量         ②D反应后的质量
③E反应前后的质量          ④F中收集的气体体积（标况）
（4）为了证明反应后的固体混合物中含有+3价的Fe，反应停止后取出B中混合物于试管中，加入足量的盐酸，溶解，过滤．取滤液少许滴加KSCN溶液，观察溶液的颜色．若观察到溶液变红，得出的结论是含有Fe³⁺（填写序号，下同）；若观察到溶液不变红，得出的结论是不含有Fe³⁺．
（5）该小组学生利用上述滤液制取FeCl₃•6H₂O晶体，设计流程如下：

步骤I中通入Cl₂的作用是将滤液中含有的Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
步骤Ⅱ的主要操作有加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

Answer 1

分析 由图可知，A提供水蒸气，B中发生3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，生成氢气具有可燃性，点燃时需要验纯，D中碱石灰干燥氢气，E中氢气还原CuO，结合铁离子遇KSCN溶液为血红色来解答．
（1）铁与水蒸气高温下反应生成四氧化三铁和氢气，据此写出反应的化学方程式；
（2）装置E中红色的氧化铁被氢气还原成黑色的铁，同时有水珠生成；  
（3）转化率=$\frac{物质转化量}{物质起始量}×100%$，计算铁粉的转化率，需要反应前铁粉的质量和反应的铁粉，反应的铁粉可以通过生成的氢气计算；
（4）根据铁离子遇KSCN溶液为血红色；
（5）①根据流程结合氯气的强氧化性分析氯气的作用；
②由FeCl₃稀溶液中得到FeCl₃•6H₂O晶体需加热浓缩、冷却晶体，过滤．

解答 解：（1）装置B中铁粉与水蒸气在高温下发生反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）装置B铁与水蒸气反应生成的氢气，经碱石灰干燥后加入装置E，氧化铁与氢气加热发生反应生成了铁和水，所以反应的现象为：红色的粉末变成黑色，管壁产生水珠；
故答案为：红色的粉末变成黑色，管壁产生水珠；
（3）转化率=$\frac{物质转化量}{物质起始量}×100%$，计算铁粉的转化率，需要反应前铁粉的质量和反应的铁粉，反应的铁粉可以通过生成的氢气计算，生成的氢气一部分与氧化铜反应，可以通过E反应前后的质量计算，另一部分收集在量筒中，故需要测量F中收集的气体体积（标况）；
故答案为：①③④；
（4）为了证明反应后的固体混合物中含有+3价的Fe，反应停止后取出B中混合物于试管中，加入足量的盐酸，溶解，过滤．取滤液少许滴加KSCN溶液，观察溶液的颜色．若观察到溶液变红，说明混合物中含有Fe³⁺，若观察到溶液不变红，说明不含有Fe³⁺；
故答案为：含有Fe³⁺；不含有Fe³⁺；
（5）①因为氯气具有强氧化性，所以能将二价铁离子氧化为三价铁离子，2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案为：将滤液中含有的Fe²⁺氧化成Fe³⁺；  
②由FeCl₃稀溶液中得到FeCl₃•6H₂O晶体需加热浓缩、冷却结晶、过滤，
故答案为：加热浓缩；冷却结晶；过滤．

点评 本题考查了铁及其化合物的性质实验，题目难度中等，注意掌握铁与水蒸气反应原理，试题侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．