Question

9．某学习小组进行“铁与水反应所得固体物质的成分、性质及再利用”的实验探究．
【探究一】设计下图所示装置进行“铁与水反应”的实验．

（1）反应前A中投放碎瓷片的目的是防暴沸．
（2）硬质玻璃管B中发生反应的化学方程式为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（3）装置E中的现象是黑色固体变红，右端管壁有水珠．
【探究二】设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管中黑色固体的成分．
待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于硫酸后，将所得溶液分成两份．
（4）一份滴加几滴KSCN溶液．若溶液变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分（选填序号，下同）为④；若溶液未变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为③．
①只有有Fe ②只有Fe₃ O₄③Fe₃ O₄和Fe ④一定有Fe₃ O₄，可能有Fe
（5）若要检测溶液中是否存在Fe²⁺，则另一份溶液中需要加入酸性高锰酸钾溶液（填试剂）来检验
【探究三】设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数．

（6）计算反应后B装置中铁元素的质量分数为75.2%．

Answer 1

分析 【探究一】A中制取水蒸气，B中Fe和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，C收集氢气、D用于干燥氢气，E中氢气还原CuO；
（1）碎瓷片有防暴沸作用；
（2）高温条件下，Fe和水蒸气发生氧化还原反应生成四氧化三铁和氢气；
（3）CuO呈黑色、Cu呈红色；
【实验二】
（4）铁离子和KSCN反应生成络合物而使溶液呈血红色，亚铁离子和KSCN不反应；
（5）亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化；
【实验三】
（6）B中固体和稀盐酸反应生成盐溶液，溶液呈黄色说明含有铁离子，加入KSCN溶液呈淡红色，则a为KSCN溶液，向溶液中加入氯水，氯水具有强氧化性，能氧化亚铁离子，加入氯水后溶液呈深紫红色，说明原溶液中含有亚铁离子，加入过量试剂b，过滤，则b为碱溶液，过滤得到氢氧化铁，加热氢氧化铁固体，氢氧化铁分解生成氧化铁，则红棕色固体是Fe₂O₃，根据Fe原子守恒计算Fe元素质量分数．

解答 解：【探究一】A中制取水蒸气，B中Fe和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，C收集氢气、D用于干燥氢气，E中氢气还原CuO；
（1）碎瓷片有防暴沸作用，防止产生安全事故，
故答案为：防暴沸；
（2）高温条件下，Fe和水蒸气发生氧化还原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：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（3）CuO呈黑色、Cu呈红色，氢气还原CuO得到Cu，且同时生成水，则看到的现象是黑色固体变红，右端管壁有水珠，
故答案为：黑色固体变红，右端管壁有水珠；
【实验二】
（4）铁离子和KSCN反应生成络合物而使溶液呈血红色，亚铁离子和KSCN不反应，向溶液中加入KSCN溶液呈红色，说明含有四氧化三铁，可能含有Fe；铁离子和Fe反应生成亚铁离子，不变红色说明固体中含有四氧化三铁和Fe，
故答案为：④；③；
（5）亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化，所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，故答案为：酸性高锰酸钾溶液；
【实验三】
（6）B中固体和稀盐酸反应生成盐溶液，溶液呈黄色说明含有铁离子，加入KSCN溶液呈淡红色，则a为KSCN溶液，向溶液中加入氯水，氯水具有强氧化性，能氧化亚铁离子，加入氯水后溶液呈深紫红色，说明原溶液中含有亚铁离子，加入过量试剂b，过滤，则b为碱溶液，过滤得到氢氧化铁，加热氢氧化铁固体，氢氧化铁分解生成氧化铁，则红棕色固体是Fe₂O₃，
n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=2×$\frac{32g}{160g/mol}$=0.4mol，则w（Fe）=$\frac{56g/mol×0.4}{28.8g}$×100%=75.2%，
故答案为：75.2%．

点评 本题考查性质实验方案设计，为高频考点，涉及物质的量的计算、离子检验、实验操作等知识点，明确实验原理、物质性质、实验基本操作是解本题关键，题目难度不大．