Question

4．某同學利用如圖1所示的實驗裝置進行鐵跟水蒸氣反應的實驗，并繼續(xù)研究鐵及其化合物的部分性質．

請回答下列問題：
（1）硬質試管中發(fā)生反應的化學方程式為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂．
（2）該同學欲確定反應后硬質試管中固體物質的成分，設計了如下實驗方案：
①待硬質試管冷卻后，取少許其中的固體物質溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分一定有Fe₃O₄，可能有Fe，若溶液未變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分是Fe₃O₄和Fe．
（3）該同學按上述實驗方案進行了實驗，結果溶液未變紅色，原因是：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（用離子方程式表示）．
（4）該同學馬上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反應．若按圖2所示的操作，可觀察到生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的現(xiàn)象，請寫出上述白色沉淀變成紅褐色的化學方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（5）一段時間后，該同學發(fā)現(xiàn)（3）中未變紅的溶液變成紅色，說明Fe²⁺具有還原性．

Answer 1

分析 鐵和水蒸氣在高溫條件下反應生成四氧化三鐵和氫氣，但也要考慮到可能會有反應不完全的鐵粉，所以將所得固體溶于酸后加入硫氰化鉀，不一定變紅；氫氧化亞鐵生成后，容易被氧氣氧化為氫氧化鐵；為了獲得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，必須通過蒸餾水煮沸、排除裝置中的空氣等辦法使得氫氧化亞鐵生成在一個無氧的環(huán)境中，
（1）鐵粉與水蒸氣反應產物為四氧化三鐵和氫氣；
（2）產物四氧化三鐵中有+2價的鐵和+3價的鐵，還有可能有過量的鐵；過量的鐵，可能將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子；
（3）Fe²⁺與KSCN溶液不反應；
（4）白色沉淀為氫氧化亞鐵，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，據(jù)此寫出相應的化學反應方程式；
（5）Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化，具有還原性；

解答 解：（1）鐵跟水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂；
（2）反應后硬質試管中固體物質一定有Fe₃O₄，還可能有沒反應完全的鐵粉，取少許其中的固體物質溶于稀硫酸后，滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分一定含F(xiàn)e₃O₄，可能有Fe；若溶液未變紅色，是因為固體物質中既含F(xiàn)e₃O₄又含F(xiàn)e，溶于鹽酸后發(fā)生反應Fe+2Fe³⁺═2Fe²⁺，導致Fe³⁺被還原，溶液才未變紅色，
故答案為：Fe₃O₄；Fe；Fe₃O₄和Fe；
（3）結果溶液未變紅色，原因是加入稀硫酸時發(fā)生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺； 
（4）溶液B中含F(xiàn)e²⁺，滴入NaOH溶液后，發(fā)生反應：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄，生成Fe（OH）₂是白色沉淀．沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，是典型的Fe（OH）₂被氧化為Fe（OH）₃的現(xiàn)象，反應的化學方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（5）一段時間后，該同學發(fā)現(xiàn)（3）中未變紅的溶液變成紅色，是因為空氣中的氧氣將Fe²⁺氧化為了Fe³⁺的原因，在此反應中Fe²⁺被氧化，體現(xiàn)還原性，
故答案為：還原．

點評 本題主要考查了鐵與水蒸氣的反應以及產物的分析判斷，考查了氫氧化亞鐵的制備，掌握基礎知識是解答的關鍵，本題難度不大．