Question

在常溫下，F(xiàn)e與水并不起反應(yīng)，但在高溫下，F(xiàn)e與水蒸氣可發(fā)生反應(yīng)．  應(yīng)用下列裝置，在硬質(zhì)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(yīng)實(shí)驗(yàn)”．
請(qǐng)回答該實(shí)驗(yàn)中的問題．
（1）寫出該反應(yīng)的反應(yīng)方程式：

 

；并指明該氧化還原反應(yīng)的還原劑是

 

，氧化劑是

 

． 若該反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)況下為11.2L時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為

 

（2）該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前的一步操作是

 

，操作方法是：

 

（3）圓底燒瓶中盛裝的水，該裝置受熱后的主要作用是

 

；燒瓶底部放置了幾片碎瓷片，碎瓷片的作用是

 

．
（4）酒精燈和酒精噴燈點(diǎn)燃的順序是

 

，為什么？

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：

分析：（1）鐵與水蒸氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；還原劑的判定方法根據(jù)化合價(jià)升高的物質(zhì)，氧化劑是化合價(jià)降低的物質(zhì)；根據(jù)3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4H₂；氫從+1變?yōu)?價(jià)，方程式中生成4molH₂轉(zhuǎn)移8個(gè)電子；
（2）該反應(yīng)物為水蒸氣與鐵，生成物種有氫氣生成，所以實(shí)驗(yàn)前必須對(duì)整套裝置進(jìn)行氣密性檢查；
（3）反應(yīng)物為水蒸氣與鐵，加熱的目的為實(shí)驗(yàn)提供水蒸氣；
（4）如果在一套裝置中需要兩處加熱，一定要注意點(diǎn)燃加熱儀器的順序，一般是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的安全性和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響來考慮；該裝置先點(diǎn)燃酒精燈，產(chǎn)生水蒸氣后，再點(diǎn)燃酒精噴燈，防止先點(diǎn)燃酒精噴燈導(dǎo)致Fe與O₂的反應(yīng)．

解答： 解：（1）鐵與水蒸氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)：3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4H₂，根據(jù)化合價(jià)升降來判斷氧化劑和還原劑，因鐵的化合價(jià)升高，所以鐵作還原劑，水中氫的化合價(jià)降低，水作氧化劑；
根據(jù)3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4H₂；氫從+1變?yōu)?價(jià)，方程式中生成4molH₂轉(zhuǎn)移8個(gè)電子，該反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)況下為11.2L時(shí)，n（H₂）=

v

vm

=

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，則轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.5mol×

8

4

=1mol=N_A
故答案為：3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4H₂；Fe；H₂O；N_A；
（2）鐵和水蒸氣反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣，該反應(yīng)物為水蒸氣與鐵，生成物種有氫氣，所以實(shí)驗(yàn)前必須對(duì)整套裝置進(jìn)行氣密性檢查，操作方法是：在玻璃管口A處接一段乳膠管，乳膠管頭上連一段玻璃管，并將管口沒入水中，用酒精燈火焰微熱燒瓶底部，如果能夠觀察到?jīng)]入水中的玻璃管口有氣體逸出，停止加熱后玻璃管內(nèi)有水柱上升，且較長時(shí)間水柱不回落，則表明該套裝置氣密性良好，
故答案為：檢驗(yàn)裝置的氣密性；在玻璃管口A處接一段乳膠管，乳膠管頭上連一段玻璃管，并將管口沒入水中，用酒精燈火焰微熱燒瓶底部，如果能夠觀察到?jīng)]入水中的玻璃管口有氣體逸出，停止加熱后玻璃管內(nèi)有水柱上升，且較長時(shí)間水柱不回落，則表明該套裝置氣密性良好；
（3）因?yàn)榉磻?yīng)物為水蒸氣與鐵，所以這里加熱的目的就是為硬質(zhì)玻璃管內(nèi)Fe與水蒸氣的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)提供持續(xù)不斷的水蒸氣，
故答案為：為實(shí)驗(yàn)提供提供持續(xù)不斷的水蒸氣；  防止暴沸事故的發(fā)生；
（4）點(diǎn)燃加熱儀器的順序要考慮實(shí)驗(yàn)的安全性和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在本實(shí)驗(yàn)中為了防止鐵與空氣中的氧氣在加強(qiáng)熱的條件下反應(yīng)，應(yīng)該先點(diǎn)燃酒精燈，產(chǎn)生水蒸氣后，排掉硬質(zhì)玻璃管內(nèi)空氣，再點(diǎn)燃酒精噴燈，
故答案為：先點(diǎn)燃酒精燈，產(chǎn)生水蒸氣后，再點(diǎn)燃酒精噴燈；防止先點(diǎn)燃酒精噴燈導(dǎo)致Fe與O₂的反應(yīng)．

點(diǎn)評(píng)：本題以鐵與水的反應(yīng)考查氧化還原反應(yīng)，明確物質(zhì)的性質(zhì)及反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化，掌握鐵和水蒸氣反應(yīng)的原理和產(chǎn)物的檢驗(yàn)是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．