Question

某研究性學習小組探究鐵粉與水蒸氣反應后的固體的組成，鐵粉與水蒸氣反應的化學方程式為

 

．
基于上述反應所得黑色固體粉末，研究性學習小組提出下列假設并欲做實驗分析．
假設一：固體全部是Fe₃O₄
假設二：固體全部是Fe    
假設三：固體是

 

取鐵粉與水蒸氣反應后的固體作為樣品，進行如下實驗探究．
探究1：取少量樣品投入硫酸銅稀溶液中，若現象為

 

，則假設一成立．
探究2：取1.68g樣品在純氧中灼燒后，若質量為

 

g，則假設二成立．
經過實驗探究，假設一、二都不成立．
探究3：取樣品4.00g進行如圖實驗．

B中的溶液是

 

；實驗后經測定樣品完全反應，D中剩余固體質量為3.36g，且測得E中沉淀質量為6.0g，則樣品中Fe₃O₄的質量分數為

 

；實驗裝置中有一明顯缺陷是

 

．

Answer 1

考點：鐵及其化合物的性質實驗

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：鐵粉和水蒸汽之間發生的反應為：3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

 Fe₃O₄+4H₂，根據假設一和假設二來確定假設三的內容；
探究1：金屬鐵可以和硫酸銅溶液之間反應生成金屬銅和硫酸亞鐵，但是四氧化三鐵和硫酸銅溶液之間不反應；
探究2：金屬鐵可以和氧氣之間反應，但是四氧化三鐵和氧氣之間不反應；
探究3：碳酸鈣和鹽酸之間反應制取二氧化碳中混有氯化氫，可以用碳酸氫鈉來除去，再用濃硫酸吸收水，二氧化碳可以和單質碳在高溫下發生反應得到還原性的氣體一氧化碳，一氧化碳可以和鐵的氧化物發生還原反應得到金屬鐵，根據固體質量差量法來計算即可．

解答： 解：鐵粉和水蒸汽之間發生的反應為：3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

 Fe₃O₄+4H₂，根據假設一：固體全部是Fe₃O₄ ；假設二：固體全部是Fe，
確定假設三：固體是Fe₃O₄ 和Fe的混合物，
故答案為：3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

 Fe₃O₄+4H₂；Fe₃O₄ 和Fe的混合物；
探究1：取少量樣品投入硫酸銅稀溶液中，溶液無顏色變化．則一定不含金屬鐵，假設一成立，
探究2：金屬鐵可以和氧氣之間反應，但是四氧化三鐵和氧氣之間不反應；
取1.68g樣品在純氧中灼燒后，存在金屬鐵時，則金屬鐵和氧氣之間會反應：3Fe+2O₂ 

高溫  .

 Fe₃O₄，固體增加的是氧氣的質量，
    3Fe+2O₂ 

高溫  .

Fe₃O₄，固體質量增加量
   168            232       64g
   1.68g                    0.64g 
所以當固體成分只有鐵時，固體質量會增加0.64g，即質量為2.32g，此時假設二成立，
故答案為：2.32；
探究3：碳酸鈣和鹽酸之間反應制取二氧化碳中混有氯化氫，可以用碳酸氫鈉來除去，再用濃硫酸吸收水，二氧化碳可以和單質碳在高溫下發生反應得到還原性的氣體一氧化碳，一氧化碳可以和鐵的氧化物發生還原反應得到金屬鐵，E中沉淀碳酸鈣質量為6.0g，CO₂～CaCO₃，則二氧化碳質量是2.64g，包括生成的還有原來和碳反應剩余的，
設：四氧化三鐵的質量是x，
4CO+Fe₃O₄

△   .

3Fe+4CO₂      固體質量變化量
     232     168           （232-168）g    
     x                    （4-3.36）g

232-168

4-3.36

=

232

x

，解得x=2.32g，所以四氧化三鐵的質量分數=

2.32g

4.0g

×100%=58%，反應有剩余的一氧化碳，有毒，要進行尾氣處理，
故答案為：飽和碳酸氫鈉溶液；58%；沒有尾氣處理裝置，尾氣中的CO將污染空氣．

點評：本題是一道關于鐵以及化合物的性質實驗探究題，注意實驗能力的培養以及固體質量差量法的應用是關鍵，難度中等．