Question

13．某研究性學習小組對教材中的鐵與高溫水蒸氣反應的實驗裝置圖做了如圖所示的優化．通過觀察硬質玻璃管Ⅱ和干燥管Ⅱ中的現象證明鐵與水蒸氣發生了反應，用試管收集產生的經干燥的氣體，并靠近火焰點火，觀察現象．請回答下列問題：
（1）在圓底燒瓶內放入少許碎瓷片，其作用是防止暴沸
（2）寫出鐵與高溫水蒸氣反應的化學方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（3）實驗時將鐵粉與石棉絨混合放在硬質玻璃管Ⅰ中，其原因可能是C（填“A”“B”或“C”）．
A．石棉絨的作用是催化劑
B．石棉絨的作用是使鐵粉受熱均勻
C．石棉絨的作用是作鐵粉的載體以及防止鐵粉被吹入導管引起堵塞
（4）酒精燈a和酒精噴燈點燃的順序是先點燃酒精燈a，后點燃酒精噴燈，原因是用產生的水蒸氣將系統內的空氣排盡，否則鐵與氧氣會發生反應．
（5）能證明鐵與水蒸氣反應的現象是硬質玻璃管Ⅱ中黑色固體變紅，干燥管Ⅱ中白色固體變藍．
（6）試管中收集的氣體是氫氣，如果要在A處玻璃管處點燃該氣體，則必須對該氣體進行驗純，方法是用小試管收集一試管的氫氣，用手指堵住試管口移近酒精燈，松開手指，若聽到“噗”聲，表明氫氣是純的，可以點燃．

Answer 1

分析 利用酒精燈加熱燒瓶產生水蒸氣，進入硬質玻璃管Ⅰ和鐵加熱發生反應，通過干燥管Ⅰ吸收水蒸氣得到干燥的氫氣通過硬質玻璃管Ⅱ中的氧化銅反應生成紅色銅，干燥管Ⅱ出現白色硫酸銅變化為藍色硫酸銅晶體證明生成了水，最后收集氫氣靠近火焰點火，觀察現象，
（1）混合溶液加熱為避免加熱過程中發生暴沸，加入少許碎瓷片；
（2）鐵與高溫水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣；
（3）實驗時將鐵粉與石棉絨混合以及在反應管的兩端均放入少量石棉絨主要是防止鐵粉被吹入導管而引起堵塞；
（4）空氣中的氧氣會和金屬鐵反應，進行金屬鐵和水蒸氣的反應試驗，為防止干擾，應該將空氣排凈；
（5））根據金屬鐵在高溫下可以和水蒸氣之間發生反應生成黑色的四氧化三鐵和固體和氫氣，氫氣點燃會產生水蒸氣，由此回答；
（6）點燃氫氣前一定要檢驗純度，防止發生爆炸．

解答 解：（1）加熱液體時要防止暴沸，故應加入少量碎瓷片防止暴沸發生，故答案為：防止暴沸；
（2）鐵與水蒸氣發生氧化還原反應，生成Fe₃O₄和H₂：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（3）實驗時將鐵粉與石棉絨混合以及在反應管的兩端均放入少量石棉絨主要是防止鐵粉被吹入導管而引起堵塞；
故選：C；
（4）空氣中的氧氣會和金屬鐵反應，進行金屬鐵和水蒸氣的反應試驗，為防止干擾，應該將空氣排凈，產生的水蒸氣排凈裝置中的空氣，防止加熱鐵粉與空氣反應
故答案為：先點燃酒精燈a，后點燃酒精噴燈；用產生的水蒸氣將系統內的空氣排盡，否則鐵與氧氣會發生反應；
（5）金屬鐵在高溫下可以和水蒸氣之間發生反應生成黑色的四氧化三鐵和固體和氫氣，CuO可以和氫氣反應得到紅色的金屬銅以及水，硬質玻璃管Ⅱ中黑色固體變紅，氫氣點燃會產生水蒸氣，干燥管Ⅱ中白色固體變藍．
故答案為：硬質玻璃管Ⅱ中黑色固體變紅，干燥管Ⅱ中白色固體變藍；
（6）氫氣的爆炸極限是4.0%～75.6%，就是說當氫氣的含量在上述范圍內的話就會引起爆炸，因此，點燃之前要檢驗純度，用試管收集一試管氣體，靠近酒精燈火焰，如果發出的聲音是“啪”的爆鳴聲，則證明產生的氫氣不純（含有氧氣），如果是“噗”的聲音，則證明是純凈的氫氣；防止點燃時，氫氣因含有氧氣而爆炸，
故答案為：驗純；用小試管收集一試管的氫氣，用手指堵住試管口移近酒精燈，松開手指，若聽到“噗”聲，表明氫氣是純的，可以點燃．

點評 本題考查了物質的制備、物質成分的探究實驗，題目側重于考查學生的實驗探究能力，注意把握鐵及其化合物的性質，題目難度中等．