Question

15．小明從資料上獲知：鐵在高溫下，鐵與水蒸氣能反應生成氣體和一種常見鐵的氧化物．小明很好奇，為此他和興趣小組對該反應進行了探究．
探究一：鐵與水蒸氣反應產生的氣體是什么？
【提出猜想】
（1）可能是氧氣；
（2）可能是氫氣；
（3）可能是二氧化碳
小明認為猜想（3）不正確，理由是反應物中不含有碳元素．
【設計實驗】設計實驗探究鐵粉與水蒸氣反應后的產物，用燃著的木條接近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空氣中（如圖所示）
【結論】鐵與水蒸氣反應生成的氣體是H₂．
探究二：探究反應后試管中剩余固體的成分是什么？
【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

Fe₃O₄+8HCl═FeCl₂+2FeCl₃ +4H₂O；FeO+2HCl═FeCl₂+H₂O；
Fe+2FeCl₃═FeCl₂
【提出猜想】該黑色固體是鐵，氧化亞鐵和四氧化三鐵中的一種或幾種．
【分析】該固體中一定不含的物質是Fe₂O₃，判斷依據是Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引．
【實驗探究】

	實驗操作	實驗現象	結論
步驟1	將試管內黑色物質放于白紙上，將磁鐵置于固體上方	能全部被磁鐵吸引	一定沒有 FeO
步驟2	取少量黑色固體于試管中，加入足量的硫酸銅溶液	固體表面有紅色物質附著，試管底部仍然有黑色固體

【反思拓展】實驗中鐵和水蒸氣反應的化學方程式為3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．

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：鐵和水中不含有碳元素，故不可能生成二氧化碳氣體，故填：反應物中不含有碳元素；
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”，則是H₂．
故填：H₂；
該黑色固體不可能是Fe₂O₃，因為Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引，故填：Fe₂O₃；Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引；
能被磁鐵吸引的是Fe₃O₄，而氧化亞鐵不能被磁鐵吸引，故一定不含有氧化亞鐵；鐵能與硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅，故一定含有鐵；
故填：FeO；
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，則鐵和水蒸氣反應的化學方程式為3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．故填：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．

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．