Question

5．铁是日常生活中用途最广、用量最大的金属材料．
（1）检查此装置的气密性的方法是把导管末端插入水中，微热试管，在导管末端会产生气泡，停止加热，导管内会形成一段水柱，而且水柱保持不变，说明装置气密性良好．
（2）某实验小组利用图1装置验证铁与水蒸气的反应．
①湿棉花的作用是提供水蒸气，试管中反应的化学方程式是3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂．
②实验结束后还有铁粉剩余，取出少量反应后的固体于试管中，加入过量盐酸，固体完全溶解，所得溶液中存在的阳离子是b（填序号）．
a．一定有Fe²⁺、H⁺和Fe³⁺             b．一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺
c．一定有Fe²⁺、Fe³⁺，可能有 H⁺       d．一定有Fe³⁺、H⁺，可能有Fe²⁺
（3）某研究性学习小组研究由Fe²⁺制备Fe（OH）₂，设计了如下两个实验方案．实验装置如图2（夹持装置已略去）．
往100mL大试管中加40mL煤油，放入3粒米粒大小的金属钠后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入FeSO₄溶液使煤油的液面至胶塞，夹紧弹簧夹．回答下列问题．
①简述钠发生反应的现象有气泡生成，钠熔化成小球且在煤油和FeSO₄溶液界面处上下跳动，最终完全溶解．
②写出钠与硫酸亚铁溶液反应的离子方程式2Na+Fe²⁺+2H₂O═Fe（OH）₂↓+2Na⁺+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）连接好装置后，把导管末端插入水中，微热试管，根据压强和导管中水柱的变化判断；
（2）①湿棉花含有水蒸气，对反应来说提供了水，铁在高温下与水反应生成四氧化三铁和氢气，据此分析解答即可；
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；
（3）①钠的密度大于煤油的密度且和煤油不反应，钠与水反应生成氢气；
②钠与硫酸亚铁溶液反应，是钠与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠与硫酸亚铁反应生成氢氧化亚铁沉淀．

解答 解：（1）连接好装置后，把导管末端插入水中，微热试管，装置内的气体受热膨胀，在导管末端会产生气泡，停止加热，导管内会形成一段水柱，而且水柱保持不变，说明装置气密性良好，
故答案为：把导管末端插入水中，微热试管，在导管末端会产生气泡，停止加热，导管内会形成一段水柱，而且水柱保持不变，说明装置气密性良好；
（2）①因为是铁和水蒸气的反应，试管内有铁粉，所以湿棉花主要是提供水蒸气；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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案为：提供水蒸气；3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
②铁和水蒸气反应，产物为四氧化三铁和氢气，加入过量盐酸，固体完全溶解，必发生反应：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O，所以所得溶液中存在的阳离子是一定有Fe²⁺、H⁺，四氧化三铁黑色固体中可能含有过量的铁，可能将三价铁离子全部转化成二价铁离子，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，所以所得溶液中存在的阳离子是一定有Fe²⁺、H⁺，可能有Fe³⁺，
故答案为：b；
（3）①钠的密度大于煤油的密度且和煤油不反应，所以钠在煤油中逐渐下沉；钠的密度小于水的密度，所以在水中会浮在水面上，钠的熔点较低，所以钠在水中会熔成小球；钠和FeSO₄溶液中溶剂反应生成氢气，所以生成的氢气推动钠上浮至煤油层；
故答案为：有气泡生成，钠熔化成小球且在煤油和FeSO₄溶液界面处上下跳动，最终完全溶解；
②钠与硫酸亚铁溶液反应，是钠与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠与硫酸亚铁反应，所以反应的离子方程式为2Na+Fe²⁺+2H₂O═Fe（OH）₂↓+2Na⁺+H₂↑，
故答案为：2Na+Fe²⁺+2H₂O═Fe（OH）₂↓+2Na⁺+H₂↑．

点评 本题考查Fe、Na的化学性质、性质实验方案的设计，把握物质的性质、发生的反应等为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意氧化还原反应的应用，题目难度中等．