Question

高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體．小明很好奇，設(shè)計如下實驗探究鐵粉與水蒸氣反應(yīng)后的產(chǎn)物．
（1）試管尾部放一團濕棉花的目的是

 

．
（2）探究生成的氣體是什么？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．說明生成的氣體是

 

．寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（3）探究試管中剩余固體成分是什么？
【查閱資料】

常見鐵的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
顏色、狀態(tài)	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	否	否	能
與鹽酸反應(yīng)	FeCl2+H2O	FeCl3+H2O	FeCl2+FeCl3+H2O

【初步驗證】試管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引．
【猜想與假設(shè)】猜想一：剩余固體是

 

；猜想二：剩余固體是

 

．
【實驗探究】

實驗操作	實驗現(xiàn)象及結(jié)論

【實驗結(jié)論】鐵和水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
【反思與交流】該黑色固體不可能是Fe₂O₃，理由是

 

．
（4）若反應(yīng)前稱得鐵的質(zhì)量為2.1g，高溫下，鐵與水反應(yīng)結(jié)束稱得固體質(zhì)量為2.8g則剩余固體成分是

 

．（通過計算說明，要求寫出計算過程）

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗與除雜方法,書寫化學(xué)方程式、文字表達式、電離方程式,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算

專題：科學(xué)探究

分析：實驗探究鐵粉與水蒸氣反應(yīng)，當然需要H₂O作為反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe₃O₄；驗證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe．根據(jù)“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，書寫化學(xué)方程式；熟記常用物質(zhì)的性質(zhì)：如Fe₂O₃紅棕色粉末．

解答：解：（1）根據(jù)圖和“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)”，可知試管尾部放一團濕棉花的目的是提供水蒸氣．故填：提供水蒸氣；
（2）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(jù)反應(yīng)物為“鐵與水蒸氣”，則是 H₂．氫氣爆鳴是氫氣與氧氣在點燃的條件下反應(yīng)生成水的過程；故填：H₂；2H₂+O₂

點燃  .

2H₂O；
（3）【猜想與假設(shè)】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(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe₃O₄；驗證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe．故填：Fe、Fe₃O₄；Fe₃O₄；
【實驗探究】根據(jù)鐵與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，進行設(shè)計實驗：

實驗操作	實驗現(xiàn)象及結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想二正確． 若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想一正確．

故填：

實驗操作	實驗現(xiàn)象及結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，剩余固體是Fe3O4． 若固體全部溶解，有氣泡冒出，剩余固體是Fe與Fe3O4．

【實驗結(jié)論】鐵和水蒸氣在高溫的條件下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂；故填：3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂；
【反思與交流】該黑色固體不可能是Fe₂O₃，理由是 Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引．故填：Fe₂O₃紅棕色粉末且不能被磁鐵吸引；
（4）解：設(shè)高溫下，2.1g鐵與水反應(yīng)生成四氧化三鐵的質(zhì)量為x
3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂  質(zhì)量增加
168          232          232-168=64
              x           2.8g-2.1g=0.7g

232

64

=

x

0.7g

x≈2.54g
2.8g＞2.54g
所以剩余固體中含有鐵粉，剩余固體為鐵和四氧化三鐵的混合物．
故填：Fe、Fe₃O₄．

點評：本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)實驗，題目難度較大，注意利用題目中的信息進行書寫化學(xué)方程式．書寫水蒸氣和鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式時，要注意反應(yīng)物水以氣體形式參加反應(yīng)，生成的氫氣后面不能加“↑”．