Question

（15分）新型材料納米級(jí)鐵粉與普通鐵粉具有不同的性質(zhì)。已知：在不同溫度下，納米級(jí)鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的固體產(chǎn)物不同，溫度低于570℃時(shí)，生成FeO；高于570℃時(shí)，生成Fe3O4。

（1）寫(xiě)出溫度高于570℃時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式

。

（2）中學(xué)教材中用下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，完成鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中使用肥皂液的作用是 。

（3）如果提供給你3支試管、水槽、蒸發(fā)皿、膠塞、導(dǎo)管、酒精燈及其必要的儀器和物品，請(qǐng)?jiān)诖痤}卷的方框中畫(huà)出你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖（包括反應(yīng)時(shí)容器中的物質(zhì)）。

說(shuō)明：①本題裝置示意圖中的儀器可以用下面的方式表示。

水槽： 試管： 蒸發(fā)皿： 玻璃導(dǎo)管： 或（但應(yīng)標(biāo)示出在液面上或液面下）

②鐵架臺(tái)、石棉網(wǎng)、酒精燈、玻璃導(dǎo)管之間的聯(lián)接膠管等，在示意圖中不必畫(huà)出。如需加熱，在需加熱的儀器下方，標(biāo)以“△”表示。

（4）甲同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)后的黑色固體產(chǎn)物X含有哪些物質(zhì)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅰ	取少量黑色固體產(chǎn)物X（假定成分分布均勻）放入試管中，加入鹽酸，微熱。	黑色粉末逐漸溶解，有少量氣泡產(chǎn)生。
Ⅱ	取實(shí)驗(yàn)Ⅰ反應(yīng)后的溶液少許，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩。	溶液沒(méi)有出現(xiàn)血紅色。
Ⅲ	取實(shí)驗(yàn)Ⅰ反應(yīng)后的溶液少許，滴加幾滴酸性KMnO4溶液，振蕩。	高錳酸鉀溶液褪色。

 

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)，能確定固體X中存在的物質(zhì)是 ，但不能確定X的成分，原因是 。

（5）乙同學(xué)為了探究實(shí)驗(yàn)后的固體產(chǎn)物是否存在Fe3O4設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)方案：

①取固體樣品m1 g，溶于足量的稀鹽酸；

②向①反應(yīng)后的溶液中加入足量H2O2的和氨水，充分反應(yīng)后，過(guò)濾、洗滌、干燥；

③將②中所得固體進(jìn)行灼燒，得到紅棕色固體m2 g。

溶液X中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為 ；m1與m2的比值在 范圍內(nèi)時(shí)，才能確定固體樣品中一定存在Fe3O4。

 

Answer 1

（15分）

（1）3Fe + 4H2O(g)Fe3O4 + 4H2（2分）

（2）檢驗(yàn)反應(yīng)中生成的H2（2分）

（4）Fe（1分） 不能確定是否含有Fe3O4或FeO，（1分）如果混合物中存在Fe3O4，溶于鹽酸生成的 Fe3+與 Fe反應(yīng)會(huì)生成了 Fe2+；（1分）且溶液中的 Fe2+也有可能是 FeO與鹽酸反應(yīng)的產(chǎn)物（1分）

（5）2Fe2++2H++H2O2＝2Fe3++2H2O（2分） 0.9＜≤0.97（2分）

【解析】

試題分析：（1）溫度高于570℃時(shí)鐵與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，所以化學(xué)方程式為3Fe + 4H2O(g)Fe3O4 + 4H2；

（2）使用肥皂液的目的是檢驗(yàn)生成的氫氣，肥皂液產(chǎn)生氣泡，說(shuō)明有氫氣生成；

（3）水蒸氣的產(chǎn)生需要給盛放水的試管加熱，水蒸氣通入盛放鐵粉的試管中，然后生成的氫氣用另一導(dǎo)氣管導(dǎo)出，用排水集氣法收集，裝置圖如下：；

（4）與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，說(shuō)明X中含有Fe；與KSCN溶液反應(yīng)物紅色出現(xiàn)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)1后的溶液在無(wú)鐵離子，但不能說(shuō)明X中無(wú)四氧化三鐵，因?yàn)榧幢鉞中含有四氧化三鐵，溶于鹽酸生成的 Fe3+與 Fe反應(yīng)也會(huì)生成了 Fe2+；使高錳酸鉀溶液褪色，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)1中的溶液中含有亞鐵離子，但不能說(shuō)明X中含有FeO，因?yàn)殍F與鹽酸反應(yīng)也生成亞鐵離子，所以不能確定是否含有Fe3O4或FeO；

（5）過(guò)氧化氫與亞鐵離子反應(yīng)生成鐵離子和水，離子方程式為2Fe2++2H++H2O2＝2Fe3++2H2O；根據(jù)題意可知紅棕色固體為氧化鐵，若X全部是FeO，則m1與m2的關(guān)系利用鐵元素守恒得：m1×56/72=m2×112/160,所以=0.9，同理可得，若X全部是四氧化三鐵，則m1×168/232=m2×112/160, =0.97，所以證明X中含有四氧化三鐵的的取值范圍是0.9＜≤0.97。

考點(diǎn)：考查實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，離子方程式的書(shū)寫(xiě)，反應(yīng)的計(jì)算