Question

10．鐵與水蒸氣能發生反應生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體．某化學學習小組的同學對此反應很感興趣，在小組集體協作下設計了如圖實驗，以探究鐵粉與水蒸氣反應后的產物，也邀請你一起來完成下列探究：

（1）A裝置的作用是  ①提供水蒸氣．
（2）探究生成的氣體是什么？
【猜想與假設】猜想一：生成的氣體可能是氫氣；猜想二：生成的氣體可能是氧氣．
【實驗探究】將生成的氣體通入球形管里裝有堿石灰干燥劑．導管口蘸些肥皂水（或洗滌劑溶液），控制氣體流速，吹出肥皂泡．當肥皂泡吹到一定大時，輕輕擺動導管，肥皂泡脫離管口后，氣泡上升．用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲．
【推斷】生成的氣體是②氫氣．
（3）探究試管中剩余固體成分是什么？
【查閱資料】

常見鐵的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
顏色、狀態	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	否	否	能
能否與鹽酸反應	能	能	能

【初步驗證】試管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引．
【猜想與假設】猜想一：剩余固體是Fe和Fe₃O₄；猜想二：剩余固體是  ③Fe₃O₄．
【實驗探究】

實驗操作	實驗現象及結論
④取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	⑤若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想二正確；若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想一正確

【實驗結論】鐵與水蒸氣反應的化學方程式為：⑥3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
【反思與交流】該黑色固體不可能是FeO、Fe₂O₃，理由是 ⑦FeO不能被磁鐵吸引，Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引．

Answer 1

分析 實驗探究鐵粉與水蒸氣反應，當然需要H₂O作為反應物；有爆鳴聲、密度小，說明是H₂；能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一Fe與Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應產物，猜想二是Fe₃O₄；驗證猜想一與猜想二，關鍵是否含有Fe．根據“高溫下，鐵與水蒸氣能反應生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，書寫化學方程式；熟記常用物質的性質：如Fe₂O₃紅棕色粉末．

解答 解：（1）根據圖和“高溫下，鐵與水蒸氣能反應”，A裝置的作用是：提供水蒸氣；
（2）C裝置為球形干燥管．用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中．說明生成的氣體具有可燃性、密度小于空氣，再根據反應物為“鐵與水蒸氣”，所以是氫氣；
【猜想與假設】能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一Fe與Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應產物，猜想二是Fe₃O₄；驗證猜想一與猜想二，關鍵是否含有Fe．
【實驗探究】根據鐵與稀鹽酸反應產生氣體，進行設計實驗：

實驗操作	實驗現象及結論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想二正確． 若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想一正確．

【實驗結論】根據“高溫下，鐵與水蒸氣能反應生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，所以鐵和水蒸氣反應會生成四氧化三鐵和氫氣，化學方程式為：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
【反思與交流】該黑色固體不可能是FeO、Fe₂O₃，理由是：FeO不能被磁鐵吸引，Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引．
故答案為：
（1）提供水蒸氣；
（2）球；氫氣；
（3）【猜想與假設】猜想二：Fe₃O₄；
【實驗探究】

實驗操作	實驗現象及結論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想二正確；若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想一正確．

【實驗結論】3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
【反思與交流】FeO不能被磁鐵吸引，Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引．

點評 本題考查鐵及其化合物的性質實驗，題目難度較大，注意利用題目中的信息進行書寫化學方程式．