Question

在一定條件下用普通鐵粉和水蒸氣反應(yīng)，可以得到鐵的氧化物。該氧化物又可以經(jīng)過此反應(yīng)的逆反應(yīng)，生成顆粒很細的鐵粉。這種鐵粉具有很高的反應(yīng)活性，在空氣中受撞擊或受熱時會燃燒，所以俗稱“引火鐵”。請分別用下圖中示意的兩套儀器裝置，制取上述鐵的氧化物和“引火鐵”。實驗中必須使用普通鐵粉和6 mol·L^-1的鹽酸，其他試劑自選(裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、石棉網(wǎng)、加熱設(shè)備等在圖中均已略去)。

                        圖1                                             圖2

填寫下列空白：

(1)實驗進行時試管A中應(yīng)加入的試劑是_________；燒瓶B的作用是______________________；燒瓶C的作用是__________________；在試管D中收集得到的是______________________。

(2)實驗時，U形管G中應(yīng)加入的試劑是___________；長頸漏斗H中應(yīng)加入___________。

(3)兩套裝置中，在實驗時需要加熱的儀器是(填該儀器對應(yīng)的字母) ___________。

(4)燒瓶I中發(fā)生的反應(yīng)有時要加入少量硫酸銅溶液，其目的是__________________________。

(5)試管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________________________________。

(6)為了安全，在E管中的反應(yīng)發(fā)生前，在F出口處必須___________；E管中的反應(yīng)開始后，在F出口處應(yīng)___________。

Answer 1

解析：首先明確本題涉及3個反應(yīng)，即普通鐵粉的高溫氧化：

3Fe+4H₂OFe₃O₄+4H₂

Fe₃O₄的熱還原：Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O

6 mol·L^-1鹽酸與較活潑金屬(如鋅)制備上述反應(yīng)所需的還原劑氫氣：

Zn+2HClZnCl₂+H₂↑

    題目給出了兩個裝置圖，圖(1)內(nèi)有生成物排水取氣的裝置。圖(2)內(nèi)則有發(fā)生氫氣的裝置。因此，前者為制取Fe₃O₄的裝置，后者為制取“引火鐵”的裝置。

    試管A里裝入的試劑是普通鐵粉，燒瓶B的作用是制水蒸氣，燒瓶C的作用是作為安全瓶防止水槽內(nèi)的冷水倒吸，收集到試管D內(nèi)的氣體是氫氣。

    如果把燒瓶C作為水蒸氣的發(fā)生裝置(試管A中的長導(dǎo)管有迷惑作用)，則反應(yīng)中生成的氫氣無法排出，這樣一來，一方面使化學(xué)平衡不利于由鐵轉(zhuǎn)變?yōu)镕e₃O₄反應(yīng)的進行，另一方面將使A、B兩容器內(nèi)壓強過高而引起爆炸事故。

    在圖(2)中，由于鹽酸較濃，與活潑金屬反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氣中會帶有部分鹽酸酸霧，如不除去則會跟Fe₃O₄發(fā)生反應(yīng)，所以U形管中應(yīng)該用固體氫氧化鈉或氧化鈣、堿石灰等堿性干燥劑，以除去酸霧。6 mol·L^-1鹽酸應(yīng)從長頸漏斗中加入作為氣體發(fā)生器的燒瓶內(nèi)，燒瓶B是水蒸氣發(fā)生器，為將其中的水變?yōu)樗�蒸氣需要加熱，普通鐵粉被水蒸氣氧化需在高溫下進行，F(xiàn)e₃O₄被氫氣還原需在加熱條件下進行，所以A、B、E都要加熱。

    在燒瓶I中加入硫酸銅溶液，形成原電池，增大生成氫氣的反應(yīng)速率。

    為安全起見，進入試管內(nèi)的氫氣必須驗純，自導(dǎo)管F逸出的氫氣應(yīng)燃燒掉或?qū)С鍪彝�，以免與室內(nèi)空氣形成爆炸混合物。

答案：(1)普通鐵粉(或鐵粉)  作為水蒸氣發(fā)生器(或用來產(chǎn)生水蒸氣)  防止水倒吸(或用作安全瓶)  氫氣

(2)固體NaOH(或堿石灰、CaO等堿性固體干燥劑)  6 mol·L^-1 HCl

(3)A、B、E

(4)加快氫氣產(chǎn)生的速度

(5)Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O

(6)檢驗氫氣的純度  點燃氫氣