Question

1．某研究性學(xué)習(xí)小組請你參與“研究鐵與水反應(yīng)所得固體物質(zhì)的成分、性質(zhì)及再利用”實驗探究，并共同解答下列問題：
已知：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂↑
Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O

探究一　設(shè)計如圖所示裝置進(jìn)行“鐵與水反應(yīng)”的實驗．
（1）反應(yīng)前A中投放碎瓷片的目的是防止暴沸．
（2）裝置E中發(fā)生反應(yīng)的方程式為CuO+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Cu+H₂O．
裝置E中的實驗現(xiàn)象為黑色粉末變成紅色，且玻璃管上有水珠生成．
探究二　設(shè)計如下實驗方案確定反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管中黑色固體的成分．
待硬質(zhì)玻璃管B冷卻后，取少許其中的固體物質(zhì)溶于鹽酸后，將所得溶液分成兩份．
（3）一份滴加幾滴KSCN溶液．若溶液變血紅色，推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為①（選填序號，下同）；若溶液未變血紅色，推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為②．
①一定有Fe₃O₄，可能有單質(zhì)鐵　　②一定有Fe
③只有Fe₃O₄  ④只有Fe
（4）另一份加入酸性KMnO₄溶液，加入的溶液褪色，可以證明溶液中存在Fe²⁺．
探究三　設(shè)計如下流程測定反應(yīng)后硬質(zhì)玻璃管B中固體含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

（5）寫出加入過量氯水時反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2Cl^-．
（6）試劑b的化學(xué)式是NaOH．
（7）計算反應(yīng)后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.8%．

Answer 1

分析 由圖可知，A中加熱提供水蒸氣，在B中發(fā)生Fe與水蒸氣的反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，C為緩沖裝置，D中干燥管干燥氫氣，E為氫氣還原氧化銅的裝置，以此來解答．
【探究一】（1）鐵與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，給液體加熱時容易發(fā)生暴沸現(xiàn)象，加入碎瓷片可防止暴沸；
（2）裝置E中氧化銅與氫氣在加熱的條件下反應(yīng)生成銅和水，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；氫氣還原黑色的氧化銅，反應(yīng)生成紅色的銅單質(zhì)和水；
【探究二】（3）（4）在驗證反應(yīng)后黑色固體的成分時，檢驗Fe³⁺，最佳試劑為KSCN溶液；在確定存在Fe³⁺時，檢驗Fe²⁺，可用酸性KMnO₄溶液；
【探究三】（5）加入新制氯水，氯氣氧化亞鐵離子；
（6）由“紅棕色固體”知，該物質(zhì)為Fe₂O₃，反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系為：FeCl₃$\stackrel{NaOH}{→}$Fe（OH）₃和NaCl，則試劑b為NaOH溶液；
（7）氧化鐵的質(zhì)量為：m（Fe₂O₃）=32g，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出氧化鐵的物質(zhì)的量，再根據(jù)鐵元素守恒計算出鐵的物質(zhì)的量、質(zhì)量，最后計算出反應(yīng)后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：【探究一】（1）A中鐵與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，液體加熱時容易發(fā)生暴沸現(xiàn)象，碎瓷片多孔，加入碎瓷片引入沸點中心，其作用是防止暴沸，
故答案為：防止暴沸；
（2）裝置E中氧化銅與氫氣在加熱的條件下反應(yīng)生成銅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O，則反應(yīng)現(xiàn)象是：黑色粉末變成紅色，且玻璃管上有水珠生成，
故答案為：H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O；黑色粉末變成紅色，且玻璃管上有水珠生成；
【探究二】（3）一份滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明溶液中含有鐵離子，則可推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為：①一定有Fe₃O₄；
若溶液未變血紅色，則溶液中不存在鐵離子，可推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)中一定存在Fe，即②正確，
故答案為：①；②；
（4）亞鐵離子與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，若酸性高錳酸鉀溶液褪色，則證明溶液中含有亞鐵離子，
故答案為：酸性KMnO₄溶液；
【探究三】（5）氯氣具有氧化性，能氧化亞鐵離子，反應(yīng)為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
（6）由“紅棕色固體”知，該物質(zhì)為Fe₂O₃，則FeCl₃$\stackrel{NaOH}{→}$Fe（OH）₃和NaCl，過濾后加強熱生成紅棕色固體，則試劑b為NaOH溶液，
故答案為：NaOH；
（7）氧化鐵的質(zhì)量為：m（Fe₂O₃）=32g，則氧化鐵的物質(zhì)的量為：n（Fe₂O₃）=$\frac{32g}{160g/mol}$=0.2mol，則含有鐵元素的物質(zhì)的量為：n（Fe）=0.4mol，則反應(yīng)后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{56g/mol×0.4mol}{28.8g}$×100%≈77.8%，
故答案為：77.8%．

點評 本題通過鐵及其化合物性質(zhì)考查了探究物質(zhì)組成、測量物質(zhì)含量的方法，題目難度中等，注意掌握探究實驗的設(shè)計方法，明確鐵及其化合物性質(zhì)，試題涉及知識點較多、綜合性較強，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗、進(jìn)行計算能力．