Question

4．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．应用下图所示装置，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”．
（1）写出该反应的方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；该反应中的还原剂是Fe，氧化剂是H₂O．
（2）实验前必须对整套装置进行气密性检查，检查方法是在玻璃管口A处接一乳胶管，乳胶管上连一玻璃管，并将管口浸没水中，用酒精灯微热烧瓶底部，如果观察到水中的玻璃管口有气体逸出，停止加热后，玻璃管内有一段水柱，且较长时间水柱不回落，则表明装置气密性良好．
（3）圆底烧瓶中装有水，该装置的主要作用是为Fe与水蒸气的反应提供水蒸气；烧瓶底部放置几片碎瓷片，其作用是防止暴沸．
（4）酒精灯和酒精喷灯点燃的顺序是先点燃酒精灯，产生水蒸气后，再点燃酒精喷灯，理由是防止先点燃酒精喷灯导致Fe与O₂反应．
（5）干燥管中的物质是碱石灰等，作用是除去H₂中的水蒸气．
（6）试管中收集的气体是氢气，如果要在A导管口点燃气体，之前必须验纯，方法是用试管收集一试管气体，试管口向下靠近酒精灯火焰点燃，如果发出爆鸣声，则证明收集的氢气不纯，如果是较轻的“噗”声，则证明氢气较纯净，目的是防止氢气中混有氧气，点燃时爆炸．

Answer 1

分析 铁与水蒸气在加热条件下发生氧化还原反应生成四氧化三铁和氢气，实验时先加热 酒精灯，以提供水蒸气，防止铁与氧气反应，生成氢气可用碱石灰干燥，用点燃的方法检验氢气，注意防止不纯的气体爆炸，以此解答该题．

解答 解：（1）铁与水蒸气发生氧化还原反应：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+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
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；Fe；H₂O；
（2）实验前必须对整套装置进行气密性检查，检查方法是在玻璃管口A处接一乳胶管，乳胶管上连一玻璃管，并将管口浸没水中，用酒精灯微热烧瓶底部，如果观察到水中的玻璃管口有气体逸出，停止加热后，玻璃管内有一段水柱，且较长时间水柱不回落，则表明装置气密性良好，
故答案为：在玻璃管口A处接一乳胶管，乳胶管上连一玻璃管，并将管口浸没水中，用酒精灯微热烧瓶底部，如果观察到水中的玻璃管口有气体逸出，停止加热后，玻璃管内有一段水柱，且较长时间水柱不回落，则表明装置气密性良好；
（3）因为反应物为水蒸气与铁，所以这里加热的目的就是提供水蒸气，烧瓶底部应事先放置碎瓷片，放碎瓷片的目的是防止沸腾事故发生，
故答案为：为Fe与水蒸气的反应提供水蒸气；防止暴沸；
（4）空气中的氧气会和金属铁反应，进行金属铁和水蒸气的反应试验，为防止干扰，应该先用水蒸气将空气排净，故应该先点燃酒精灯，制取水蒸气，再点燃酒精喷灯防止加热铁粉与空气反应，
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反应；
（5）干燥管应只能盛装固体干燥剂，一般为碱石灰，用于干燥氢气，故答案为：碱石灰等；除去H₂中的水蒸气；
（6）氢气的爆炸极限是4.0%～75.6%，就是说当氢气的含量在上述范围内的话就会引起爆炸，因此，点燃之前要检验纯度．方法是用试管收集一试管气体，试管口向下靠近酒精灯火焰点燃，如果发出爆鸣声，则证明收集的氢气不纯，如果是较轻的“噗”声，则证明氢气较纯净，
故答案为：氢气；验纯；用试管收集一试管气体，试管口向下靠近酒精灯火焰点燃，如果发出爆鸣声，则证明收集的氢气不纯，如果是较轻的“噗”声，则证明氢气较纯净；防止氢气中混有氧气，点燃时爆炸．

点评 本题考查了物质的制备、物质成分的探究实验，题目侧重于考查学生的实验探究能力，注意把握铁及其化合物的性质以及铁离子的检验方法，题目难度不大．