Question

19．某研究小组为了探究“铁与水蒸气”能否发生反应及反应的产物，进行了下列实验：用如图所示实验装置，在硬质玻璃管B中放入铁粉和石棉绒的混合物，再结合一些步骤，就可以完成髙温下“Fe与水蒸气的反应实验”（己知石棉绒是耐高温材料，不与水和铁反应）．
Ⅰ．探究“铁与水蒸气”能否发生反应
（1）如何检查该装置的气密性将C处导气管末端浸入水槽中，加热A处圆底烧瓶，导管末端出现气泡，停止加热后导管末端出现一段水柱，则气密性好，否则气密性不好
（2）实验中石棉绒的作用是增大铁粉与水蒸气的接触面积．
（3）反应一段时间后，有肥皂泡吹起时，用点燃的火柴靠近肥皂泡，当肥皂泡破裂，有爆鸣声时（填实验现象），说明“铁与水蒸气”能够进行反应，写出铁与水蒸气反应的化学方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ．
Ⅱ．探究“铁与水蒸气”反应的产物
（1）假设还原铁粉反应完全，黑色固体为某种单一成分，为研究黑色固体成分，该研究小组甲同学提出以下假设：
假设一：黑色固体全部是Fe₃O₄  假设二：黑色固体全部是Fe₂O₃  假设三：黑色固体全部是FeO
乙同学认为即使不通过实验就可以否定甲同学的一个假设，你认为乙同学否认的假设是假设二，理由是由于Fe₂O₃为红棕色粉末．则可以根据固体颜色直接否定假设二．
（2）若假设一正确，请设计实验加以验证，完成下列表格（仪器自选）．
限选实验试剂：1mol•L^-1硫酸、2mol•L^-1NaOH溶液、新制氯水、澄清石灰水、酸性KMnO₄溶液、KSCN溶液、品红溶液．

实验步骤	预期实验现象与结论
取反应后干燥的固体于试管中，加入足量的1mol•L-1硫酸溶解

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）检查装置的气密性有加热法和液压法，从本装置的情况看，应该选用加热法；
（2）从石棉绒疏松，表面积大，能够增大铁粉与水蒸气的接触面积的角度分析；
（3）爆鸣声说明有氢气生成，即可说明“铁与水蒸气”能够进行反应，铁在高温下与水反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ；
Ⅱ、（1）一九氧化铁为红色固体分析；
（2）要验证固体产物中铁元素的价态，应该先将固体溶解，考虑到可能有铁单质剩余，会与三价铁离子反应，所以要先除去铁单质，选用的试剂是硫酸铜溶液；剩余的固体则应用稀硫酸溶解，接着确定检验相应离子的试剂，三价铁离子用的是硫氰化钾溶液，而检验二价铁则从限选试剂中只能用高锰酸钾溶液，利用二价铁离子的还原性，据此进行解答．

解答 解：Ⅰ、（1）利用加热法检验该装置气密性，将C处将导管伸入水槽，并微热A处圆底烧瓶，现象是导管末端出现气泡，停止加热后导管末端出现一段水柱，则气密性良好，
故答案为：将C处导气管末端浸入水槽中，加热A处圆底烧瓶，导管末端出现气泡，停止加热后导管末端出现一段水柱，则气密性好，否则气密性不好；
（2）石棉绒疏松，表面积大，能够增大铁粉与水蒸气的接触面积，使氢气与铁粉充分接触而反应，
故答案为：增大铁粉与水蒸气的接触面积；
（3）铁与水蒸气生成氢气，不纯的氢气在点燃时会有爆鸣声，有肥皂泡吹起时，用点燃的火柴靠近肥皂泡，肥皂泡破裂，有爆鸣声，铁在高温下与水反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ，
故答案为：肥皂泡破裂，有爆鸣声，3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ；
II．（1）假设一：黑色固体全部是Fe₃O₄  假设二：黑色固体全部是Fe₂O₃  假设三：黑色固体全部是FeO
乙同学认为即使不通过实验就可以否定甲同学的一个假设为假设二，氧化铁为红色固体，不是黑色固体，则可以根据固体颜色直接否定假设二，
故答案为：假设二；由于Fe₂O₃为红棕色粉末．则可以根据固体颜色直接否定假设二；
（2）验证固体产物中铁元素的价态，先要将固体溶解，但考虑到可能有铁单质剩余，会和三价铁离子反应，所以要先除去铁单质，选用的试剂是硫酸铜溶液，然后，剩余的固体则应用稀硫酸溶解（因为硝酸的氧化性会氧化二价铁），接着确定检验相应离子的试剂，三价铁离子用的是硫氰化钾溶液，而检验二价铁则从限选试剂中只能用高锰酸钾溶液，利用二价铁离子的还原性，
故答案为：

实验步骤	预期实验现象与结论
①取少量上述溶液于一试管中，滴加1〜2滴KSCN溶液 ②另取少量上述溶液于另一试管中，滴加2〜3滴酸性KMnO4溶液	①溶液变红色，则反应后的固体中含有+3价的铁 ②溶液不显紫色，则反应后的固体中含有+2价的铁，综合上述步骤①②可知假设一正确．

点评 本题考查铁及其化合物性质，题目难度中等，涉及铁与水蒸气的反应、气密性的检验、实验方案设计、二价铁、三价铁离子的检验方法等知识，试题知识点较多、充分考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．