Question

4．某同学利用如图1所示的实验装置进行铁跟水蒸气反应的实验，并继续研究铁及其化合物的部分性质．

请回答下列问题：
（1）硬质试管中发生反应的化学方程式为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄ +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，请写出上述白色沉淀变成红褐色的化学方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（5）一段时间后，该同学发现（3）中未变红的溶液变成红色，说明Fe²⁺具有还原性．

Answer 1

分析 铁和水蒸气在高温条件下反应生成四氧化三铁和氢气，但也要考虑到可能会有反应不完全的铁粉，所以将所得固体溶于酸后加入硫氰化钾，不一定变红；氢氧化亚铁生成后，容易被氧气氧化为氢氧化铁；为了获得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，必须通过蒸馏水煮沸、排除装置中的空气等办法使得氢氧化亚铁生成在一个无氧的环境中，
（1）铁粉与水蒸气反应产物为四氧化三铁和氢气；
（2）产物四氧化三铁中有+2价的铁和+3价的铁，还有可能有过量的铁；过量的铁，可能将三价铁离子全部转化成二价铁离子；
（3）Fe²⁺与KSCN溶液不反应；
（4）白色沉淀为氢氧化亚铁，红褐色沉淀为氢氧化铁，据此写出相应的化学反应方程式；
（5）Fe²⁺易被空气中的氧气氧化，具有还原性；

解答 解：（1）铁跟水蒸气在高温条件下发生反应：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂，
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂；
（2）反应后硬质试管中固体物质一定有Fe₃O₄，还可能有没反应完全的铁粉，取少许其中的固体物质溶于稀硫酸后，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一定含Fe₃O₄，可能有Fe；若溶液未变红色，是因为固体物质中既含Fe₃O₄又含Fe，溶于盐酸后发生反应Fe+2Fe³⁺═2Fe²⁺，导致Fe³⁺被还原，溶液才未变红色，
故答案为：Fe₃O₄；Fe；Fe₃O₄和Fe；
（3）结果溶液未变红色，原因是加入稀硫酸时发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺； 
（4）溶液B中含Fe²⁺，滴入NaOH溶液后，发生反应：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄，生成Fe（OH）₂是白色沉淀．沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，是典型的Fe（OH）₂被氧化为Fe（OH）₃的现象，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；
（5）一段时间后，该同学发现（3）中未变红的溶液变成红色，是因为空气中的氧气将Fe²⁺氧化为了Fe³⁺的原因，在此反应中Fe²⁺被氧化，体现还原性，
故答案为：还原．

点评 本题主要考查了铁与水蒸气的反应以及产物的分析判断，考查了氢氧化亚铁的制备，掌握基础知识是解答的关键，本题难度不大．