Question

17．某研究小組為了探究“鐵與水蒸氣”能否發生反應及反應的產物，進行了系列實驗．

（1）用圖A所示實驗裝置，在硬質玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，加熱，并通入水蒸氣，就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣的反應實驗”（石棉絨是耐高溫材料，不與水反應）．反應一段時間后，有肥皂泡吹起時，用點燃的火柴靠近肥皂泡，當肥皂泡破裂，爆鳴聲時（填實驗現象），說明“鐵與水蒸氣”能夠進行反應．寫出鐵與水蒸氣反應的化學方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ．
（2）為了研究一定時間內鐵粉的轉化率，他們設計了如下實驗：準確稱量一定質量的鐵粉進行反應，收集并測量反應后生成的氣體體積，計算出鐵粉的轉化率．
①收集并測量氣體的體積，應選擇圖中的C裝置（填裝置編號）．
②稱取0.24g鐵粉與適量石棉絨混合，然后加熱至無氣體放出．若室溫下氫氣密度約為0.088g/L，最好選用B規格的量筒（填字序號）．
A．100mL         B．200mL          C．500mL          D．1000mL
（3）為了證明反應后的固體混合物中含有+3價的Fe，他們計劃取出少量混合物于試管中，加入足量的鹽酸，溶解，過濾．向濾液中滴加KSCN溶液，觀察溶液的顏色．在下表中填寫滴加KSCN溶液后可能觀察到的現象、結論與解釋（可以不填滿）．

	現象	結論與解釋
可能①
可能②

Answer 1

分析 （1）爆鳴聲說明有氫氣生成，即可說明“鐵與水蒸氣”能夠進行反應；鐵在高溫下與水反應生成四氧化三鐵和氫氣，反應方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ；
（2）①M收集裝置錯誤，導氣管位置錯誤，不可以測量生成氫氣的體積；
②根據鐵的質量求出生成氫氣的質量，根據氫氣的密度求出體積，以此選擇量筒的規格；
（3）反應后的固體中可能含有Fe和Fe₃O₄，溶于酸時可發生反應：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，由于混合物中Fe的量不確定，可能有兩種情況：一是Fe較少，溶于酸后Fe³⁺有剩余，二是Fe較多，Fe³⁺完全被Fe還原為Fe²⁺，所以濾液中加KSCN溶液，可能變紅也可能溶液為淺綠色；

解答 解：（1）鐵與水蒸氣生成氫氣，反應一段時間后，有肥皂泡吹起時，用點燃的火柴靠近肥皂泡，不純的氫氣在點燃時會有爆鳴聲；鐵在高溫下與水反應生成四氧化三鐵和氫氣，反應方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂
，故答案為：肥皂泡破裂，爆鳴聲； 3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ；
（2）①排水法收集氣體，量氣裝置的導氣管應短進長出，否則不能將水排到量筒中，無法測量氣體的體積，
故答案為：C；
②根據反應計算：
    3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂
    3×56g                                 8g
    0.24g                                m（H₂）
m（H₂）=$\frac{0.24g×8g}{3×56g}$=0.0114g
V（H₂）=$\frac{0.0114g}{0.088g/L}$=0.13L
選擇量筒時，應盡量減少誤差，所取量筒規格與量取體積接近，故應選擇規格為200ml的量筒，故答案為：B；
（3）為了證明反應后的固體混合物中含有+3價的Fe，取出少量混合物于試管中，加入足量的鹽酸，溶解，過濾．向濾液中滴加KSCN溶液，觀察溶液的顏色變化分析鐵離子的存在，鐵離子遇硫氰酸鉀溶液會變血紅色；鐵剩余會在溶液中和鐵離子反應生成亞鐵離子，依據溶液顏色分析離子存在，血紅色說明一定含三價鐵離子；淺綠色溶液可能是鐵和鐵離子反應生成亞鐵離子；

	現象	結論與解釋
可能①	溶液變為紅色	反應后的固體混合物中含有+3價的Fe． 因為Fe3+遇到KSCN溶液時變成血紅色．
可能②	溶液仍然為淺綠色	反應后的固體混合物中可能含有+3價的Fe，也可能不含+3價的Fe；因為如果鐵粉有剩余，剩余鐵粉會與Fe3+反應，將溶液中Fe3+完全還原為Fe2+．

故答案為：

	現象	結論與解釋
可能①	溶液變為紅色	反應后的固體混合物中含有+3價的Fe． 因為Fe3+遇到KSCN溶液時變成血紅色．
可能②	溶液仍然為淺綠色	反應后的固體混合物中可能含有+3價的Fe，也可能不含+3價的Fe；因為如果鐵粉有剩余，剩余鐵粉會與Fe3+反應，將溶液中Fe3+完全還原為Fe2+．

點評 本題考查鐵及其化合物的性質實驗，離子檢驗方法的應用，現象的分析判斷，題目難度不大，易錯點為量筒規格的選擇．