Question

某研究性學(xué)習(xí)小組探究鐵粉與水蒸氣反應(yīng)后的固體的組成，鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
基于上述反應(yīng)所得黑色固體粉末，研究性學(xué)習(xí)小組提出下列假設(shè)并欲做實驗分析．
假設(shè)一：固體全部是Fe₃O₄
假設(shè)二：固體全部是Fe    
假設(shè)三：固體是

 

取鐵粉與水蒸氣反應(yīng)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(xiàn)象為

 

，則假設(shè)一成立．
探究2：取1.68g樣品在純氧中灼燒后，若質(zhì)量為

 

g，則假設(shè)二成立．
經(jīng)過實驗探究，假設(shè)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(jīng)測定樣品完全反應(yīng)，D中剩余固體質(zhì)量為3.36g，且測得E中沉淀質(zhì)量為6.0g，則樣品中Fe₃O₄的質(zhì)量分數(shù)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(zhì)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(fā)生的反應(yīng)為：3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

 Fe₃O₄+4H₂，根據(jù)假設(shè)一和假設(shè)二來確定假設(shè)三的內(nèi)容；
探究1：金屬鐵可以和硫酸銅溶液之間反應(yīng)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(yīng)；
探究2：金屬鐵可以和氧氣之間反應(yīng)，但是四氧化三鐵和氧氣之間不反應(yīng)；
探究3：碳酸鈣和鹽酸之間反應(yīng)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(zhì)碳在高溫下發(fā)生反應(yīng)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(fā)生還原反應(yīng)得到金屬鐵，根據(jù)固體質(zhì)量差量法來計算即可．

解答： 解：鐵粉和水蒸汽之間發(fā)生的反應(yīng)為：3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

 Fe₃O₄+4H₂，根據(jù)假設(shè)一：固體全部是Fe₃O₄ ；假設(shè)二：固體全部是Fe，
確定假設(shè)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(shè)一成立，
探究2：金屬鐵可以和氧氣之間反應(yīng)，但是四氧化三鐵和氧氣之間不反應(yīng)；
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(yīng)：3Fe+2O₂ 

高溫  .

 Fe₃O₄，固體增加的是氧氣的質(zhì)量，
    3Fe+2O₂ 

高溫  .

Fe₃O₄，固體質(zhì)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(zhì)量會增加0.64g，即質(zhì)量為2.32g，此時假設(shè)二成立，
故答案為：2.32；
探究3：碳酸鈣和鹽酸之間反應(yīng)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(zhì)碳在高溫下發(fā)生反應(yīng)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(fā)生還原反應(yīng)得到金屬鐵，E中沉淀碳酸鈣質(zhì)量為6.0g，CO₂～CaCO₃，則二氧化碳質(zhì)量是2.64g，包括生成的還有原來和碳反應(yīng)剩余的，
設(shè)：四氧化三鐵的質(zhì)量是x，
4CO+Fe₃O₄

△   .

3Fe+4CO₂      固體質(zhì)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(zhì)量分數(shù)=

2.32g

4.0g

×100%=58%，反應(yīng)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(guān)于鐵以及化合物的性質(zhì)實驗探究題，注意實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)以及固體質(zhì)量差量法的應(yīng)用是關(guān)鍵，難度中等．