题目内容

新型材料纳米α-Fe粉具有超强的磁性能,可用作高密度磁记录的介质以及高效催化剂等.在不同温度下,α-Fe粉与蒸气反应的固体产物不同:温度低于570℃时,生成FeO,高于570℃时,生成Fe3O4.

(1)甲同学用图1所示装置进行α-Fe粉与水蒸气的反应.
证明实验中有氢气产生的现象是
 
.
(2)乙同学用图2所示装置进行α-Fe粉与水蒸气的反应并验证产物.
①试管a中的物质是
 
.
②乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分,进行了下列实验:
实验步骤 实验操作 实验现象
Ⅰ 将反应后得到黑色粉末X(假定为均匀的),取出少量放入另一试管中,加入少量盐酸,微热 黑色粉末逐渐溶解,溶液呈浅绿色;有少量气泡产生
Ⅱ 向实验Ⅰ中得到的溶液滴加几滴KSCN溶液,振荡
实验现象不能确定是否存在Fe3O4,主要原因是
 
(用离子方程式表示)
③乙同学称取5.60gFe粉,用上图装置反应一段时候后,停止加热.将试管内的固体物质在干燥器中冷却后,称得质量为6.88g.然后将冷却后的固体物质与足量FeCl3溶液充分反应,测定消耗FeCl3的物质的量,最终确定产物的成分.若此装置中Fe粉与水蒸气反应的产物为Fe3O4,则消耗FeCl3的物质的量应为
 
mol.
考点:铁的化学性质,铁的氧化物和氢氧化物,性质实验方案的设计
专题:实验设计题
分析:(1)实验装置1是α-Fe粉与水蒸气的反应,证明实验中有氢气产生的现象是利用肥皂泡生成点燃发生爆炸分析;
(2)①试管a是提供反应需要的水蒸气;
②实验现象不能确定是否存在Fe3O4,因为溶液中三价铁离子可能被过量铁还原为亚铁离子;
③依据铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,结合固体质量分析判断生成物成分含有铁,结合元素守恒计算所得固体各成分的物质的量,依据化学方程式计算溶解剩余铁需要的氯化铁物质的量.
解答: 解:(1)实验装置1是α-Fe粉与水蒸气的反应,证明实验中有氢气产生的现象是,部分肥皂泡浮在空中,利用肥皂泡生成点燃发生爆炸证明是生成的氢气,
故答案为:有大量肥皂泡生成,部分肥皂泡浮在空中,点燃肥皂泡发生轻微爆炸;
(2)①试管a是提供反应需要的水蒸气,故答案为:水;  
 ②实验现象不能确定是否存在Fe3O4,因为溶液中三价铁离子可能被过量铁还原为亚铁离子,所以加入硫氰酸钾溶液不出现血红色现象,发生反应的离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+,故答案为:溶液没有出现血红色2Fe3++Fe=3Fe2+;
③3Fe+4H2O═Fe3O4 +4H2   Fe的质量为5.6g,则n(Fe)=0.1mol,如果这些Fe完全和水蒸气反应,那么应该生成
0.1
3
mol 的Fe3O4,m(Fe3O4)=
0.1
3
×M(Fe3O4)=7.73g,但是现在只产生了 6.88g 的 Fe3O4,就表明 Fe 没有完全反应,还有剩余,因为多出来的质量 6.88g-5.6g=1.28g 就是氧元素的质量,所以n(O)=
1.28g
16g/mol
=0.08mol,而一个Fe3O4分子含4个氧原子,所以 n(Fe3O4)=
1
4
×n(O)=0.02mol,m(Fe3O4)=0.02 mol×M(Fe3O4)=4.64g,那么这6.88g 固体中就含有 Fe3O4 4.64g,而Fe 就有 6.88g-4.64g=2.24g,n(Fe)=
2.24g
56g/mol
=0.04mol,依据反应 Fe+2FeCl3═3FeCl2,所以消耗的FeCl3的物质的量是n(Fe)的2倍为 0.08mol,
故答案为:0.08.
点评:本题考查了物质制备和物质性质的分析判断,实验过程和实验现象分析是解题关键,题目难度中等.
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