Question

5．新型材料纳米级铁粉与普通铁粉具有不同的性质．已知：在不同温度下，纳米级铁粉与水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．甲同学用图1所示装置进行纳米级铁粉与水蒸气反应的实验：

（1）该装置中纳米级铁粉与水蒸气反应的化学方程式是Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$FeO+H₂．
乙同学用图2所示装置进行纳米级铁粉与水蒸气的反应并验证产物：
（2）装置C的作用是制取水蒸气．
（3）酒精灯和酒精喷灯都是实验室常用的加热仪器，在该实验中应先点燃酒精灯．
（4）不能撤除收集气体产物装置B的原因是氢气遇明火可能发生爆炸．
（5）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	将反应后的黑色粉末X（假定成分分布均匀）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	溶液没有出现红色

乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO．丙同学认为该结论不正确，他的理由是Fe+2H⁺═2Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺（用离子方程式表示）．
（6）丁同学称取5.60 g铁粉，用图2所示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6.88 g．然后将冷却后的固体物质与足量FeCl₃溶液充分反应，消耗FeCl₃ 0.08 mol．则丁同学所做实验的固体产物为Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （1）Fe粉与水蒸气在高温下反应生成Fe₃O₄和氢气；
（2）装置C用于制备水蒸气；
（3）应先提供水蒸气，排除装置内的空气；
（4）氢气易燃烧，应避免爆炸；
（5）如铁粉过量，则不能生成Fe³⁺；
（6）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．

解答 解：（1）酒精灯的加热温度400～500℃，适用于温度不需太高的实验，所以本实验中产物为FeO和氢气，方程式为Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$FeO+H₂，
故答案为：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$FeO+H₂；
（2）反应物为铁和水蒸气，则装置C用于制备水蒸气，故答案为：制取水蒸气；
（3）反应时，应先点燃酒精灯，为反应体系提供稳定的水蒸气气流，故答案为：酒精灯；
（4）水蒸气与铁粉在酒精喷灯加强热下生成四氧化三铁和氢气；因为氢气在空气中比重达到一定程度，遇明火就会发生爆炸，所以用装置B收集氢气，
故答案为：氢气遇明火可能发生爆炸；
（5）有气泡冒出，说明铁有剩余，故可能是剩余的铁将三价铁离子还原为亚铁离子，所以不能证明产物为氧化亚铁，反应的离子方程式为Fe+2H⁺═2Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案为：Fe+2H⁺═2Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（6）由冷却后的固体消耗FeCl₃0.08 mol可知剩余Fe为0.04 mol，故氧化物中n（Fe）=$\frac{5.60g}{56g/mol}$-0.04 mol=0.06 mol，n（O）=$\frac{6.88g-5.60g}{16g/mol}$=0.08 mol，即n（Fe）：n（O）=3：4，所得固体产物为Fe₃O₄．
故答案为：Fe₃O₄．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，把握高温下铁与水反应及实验中装置的作用为解答的关键，题目难度中等．