Question

（16分）某研究小組為了探究“鐵與水蒸氣”的反應的產物，進行了下列實驗：用如圖所示實驗裝置，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”（石棉絨高溫下不與水和鐵反應）．

（1）如何檢查該裝置的氣密性：                                                          
（2）寫出鐵與水蒸氣反應的化學方程式                           
（3）驗證固體產物中鐵元素的價態(tài)
限選實驗儀器與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、滴管、酒精燈、試管夾；1mol/L CuSO₄、3mol/L H₂SO₄、3mol/L HNO₃、30%H₂O₂、0.01mol/L KMnO₄、20%KSCN、蒸餾水。
在答題卡上按下表的格式寫出實驗步驟、預期現象與結論。

	實驗步驟	預期現象與結論
步驟1	取反應后干燥的固體ag于試管中，加入足量的1mol/L CuSO4溶液，充分振蕩，經固液分離、洗滌后，再向固體中滴加足量的           ，振蕩溶解，過濾后將濾液配成250mL溶液，待用。
步驟2	取少量步驟1中濾液于試管中，
步驟3	取少量步驟1中濾液于試管中，

步驟1中加入足量1mol/L CuSO₄溶液的作用是                                    。
（4）固體產物中鐵元素的質量分數的測定可采用下圖的流程

其中步驟①是向溶液中加入鋅粉至黃色剛好消失；步驟②用0.010 mol/LKMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液平均為v mL。（已知5Fe^2＋＋MnO₄^－  ＋8H^＋==5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O）
其中加入鋅粉的目的是____                               ____。
實驗測得ag樣品中固體產物鐵元素的質量分數為____　　　    __ _(只列計算表達式)。

Answer 1

（1）將C處導氣管末端浸入水槽中，加熱A處圓底燒瓶，導管末端出現氣泡，停止加熱后導管末端出現一段水柱。（2分）
（2）3Fe+4H₂O（g）Fe₃O₄+4H₂（2分）
（3）

	實驗步驟	預期現象與結論
步驟1	3mol/L H2SO4（2分）
步驟2	滴加1～2滴20%KSCN（2分）	溶液變紅色，則固體產物含+3價鐵（1分）
步驟3	滴加1～2滴0.01mol/L KMnO4（2分）	溶液紫色褪去，則固體產物含+2價鐵（1分）

 
除去反應后固體中可能未反應完的鐵粉，以免影響后續(xù)實驗的結果分析。
（4）將Fe^3＋還原為Fe^2＋    （2分）（2分）

解析試題分析：
（1）檢查裝置的氣密性有加熱法和液壓法，從本裝置的情況看，應該選用加熱法，注意操作要C處將導管伸入水槽，并微熱A處圓底燒瓶，現象是導管末端出現氣泡，停止加熱后導管末端出現一段水柱，結論是氣密性良好，用操作現象結論的思維進程去答題。
（2）書寫這個方程式要注意金屬和水反應的特點，如常見的Na、Mg、Al、Fe等金屬與水的反應。
（3）驗證固體產物中鐵元素的價態(tài) ，先要將固體溶解，但考慮到可能有鐵單質剩余，會和三價鐵離子反應，所以要先除去鐵單質，選用的試劑是硫酸銅溶液，然然，剩余的固體則應用稀硫酸溶解（因為硝酸的氧化性會氧化二價鐵），接著確定檢驗相應離子的試劑，三價鐵離子用的是硫氰化鉀溶液，而檢驗二價鐵則從限選試劑中只能用高錳酸鉀溶液，利用二價鐵離子的還原性，答題時注意試劑的用量和敘述即可。
（4）弄清實驗目的“固體產物中鐵元素的質量分數的測定”，所以由加入鋅粉后溶液的黃色恰好消失，可知是用于還原三價鐵離子；由題意可知，n(Fe²⁺)=5n(MnO₄^-) m(Fe)=,再求質量分數即可
考點：鐵與水蒸氣的反應；氣密性的檢驗；實驗方案設計；二價鐵、三價鐵離子的檢驗方法。