Question

19．按如圖1所示裝置進行鐵和水蒸氣反應的實驗．
（1）鐵粉與水蒸氣反應的化學方程式是：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）為檢驗生成的氣體產物，需從圖2選擇必要的裝置，其正確的連接順序為（用接口字母表示）a-a-f-g-b-c-h，描述能驗證氣體產物的實驗現象黑色的氧化銅變成紅色，白色的無水硫酸銅變成藍色；

（3）停止反應，待裝置冷卻后，取出反應過的鐵粉混合物，加入過量的稀硫酸充分反應，過濾．簡述檢驗所得濾液中Fe³⁺的操作方法：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無鐵離子；
（4）經檢驗上述濾液中不含Fe³⁺，這不能說明鐵粉與水蒸氣反應所得產物中不含+3價的鐵．原因是（用離子方程式說明）：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（5）某同學利用上述濾液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向濾液中加入NaOH溶液后，觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色．
①沉淀由白色變為紅褐色的化學方程式是：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②為了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并盡可能使沉淀長時間保持白色，有同學設計如圖3所示的裝置：通電后，溶液中產生大量的白色沉淀，且較長時間不變色．下列說法中正確的是ABD（填序號）．
A．電源中的a為正極，b為負極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發生的反應是2H⁺+2e^-═H₂↑

Answer 1

分析 （1）在高溫下，鐵粉和水蒸氣反應，產物有四氧化三鐵和氫氣；
（2）生成的氣體產物為氫氣，氫氣與氧化銅反應生成水，氫氣與氧化銅反應之前要干燥，根據氧化銅、無水硫酸銅顏色變化可以驗證；
（3）檢驗濾液中是否含有Fe³⁺的簡單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色；
（4）反應生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發生反應Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子；
（5）①氫氧化亞鐵不穩定接觸空氣時很快被氧化為氫氧化鐵；
②要較長時間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關鍵是怎樣降低反應體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，氫氣應在B電極產生；

解答 解：（1）在高溫下，鐵粉和水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，反應的化學方程式為：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
故答案為：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）將產生的氣體干燥后再與氧化銅反應生成銅單質和水，無水硫酸銅遇水變藍色，所以實驗裝置連接順序為：a→f→g→b→c→h，能驗證氣體為氫氣的實驗現象是：黑色的氧化銅變成紅色，白色的無水硫酸銅變成藍色，
故答案為：a-f-g-b-c-h；黑色的氧化銅變成紅色，白色的無水硫酸銅變成藍色；
（3）檢驗濾液中是否含有Fe³⁺的簡單方法是：滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色，若溶液變紅色證明含有Fe³⁺，否則不含；
故答案為：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無鐵離子；
（4）反應生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發生反應Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（5）①氫氧化亞鐵不穩定接觸空氣時很快被氧化為氫氧化鐵，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；
②要較長時間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關鍵是怎樣降低反應體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，氫氣應在B電極產生．
A．產生氫氣的電極應為陰極，電源中的a為正極，b為負極，故A正確；
B．可以用NaCl溶液作為電解液，陰極產生氫氧化鈉與陽極產生的亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，故B正確；
C．陽極用鐵作電極，陰極不一定要用鐵作電極，故C錯誤；
D．陰極是氫離子得電子生成氫氣，電極反應式是2H⁺+2e^-═H₂↑，故D正確，
故選：ABD．

點評 本題考查物質探究與制備實驗、常見離子檢驗、電解原理應用等，關鍵是對實驗原理的理解，熟練掌握元素化合物性質，難度中等．