Question

10．某研究性學習小組請你參與“研究鐵與水反應所得固體物質(zhì)的成分、性質(zhì)及再利用”實驗探究，并共同解答下列問題：
探究一　設計如圖1所示裝置進行“鐵與水反應”的實驗．
（1）硬質(zhì)玻璃管B中發(fā)生反應的化學方程式為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（2）反應前A中投放碎瓷片的目的是防止暴沸．
（3）裝置E中的現(xiàn)象是黑色固體變紅，右端管壁有水珠．
探究二　設計如下實驗方案確定反應后硬質(zhì)玻璃管B中黑色固體的成分．
（4）待硬質(zhì)玻璃管B冷卻后，取少許其中的固體物質(zhì)溶于稀硫酸后，將所得溶液分成兩份．
（5）一份滴加幾滴KSCN溶液．若溶液變血紅色，推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為①（選填序號，下同）；若溶液未變血紅色，推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為②．
①一定有Fe₃O₄　�、谝欢ㄓ蠪e　 ③只有Fe₃O₄　　④只有Fe
（6）另一份用膠頭滴管（填儀器名稱）加入酸性KMnO₄溶液溶液褪色，可以證明溶液中存在Fe²⁺．
探究三　設計如下流程（如圖2）測定反應后硬質(zhì)玻璃管B中固體含鐵元素的質(zhì)量分數(shù)．
（7）試劑b的化學式是NaOH．
（8）計算反應后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為77.8%．

Answer 1

分析 【探究一】（1）鐵與水蒸氣在高溫下反應生成四氧化三鐵和氫氣，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
（2）給液體加熱時容易發(fā)生暴沸現(xiàn)象，加入碎瓷片可防止暴沸；
（3）裝置E中氫氣還原黑色的氧化銅，反應生成紅色的銅單質(zhì)和水；
【探究二】在驗證反應后黑色固體的成分時，檢驗Fe³⁺，最佳試劑為KSCN溶液；在確定存在Fe³⁺時，檢驗Fe²⁺，可用酸性KMnO₄溶液．由于酸性KMnO₄溶液與鹽酸發(fā)生反應，所以在溶解反應后的黑色固體時，不能用鹽酸，也不能用硝酸（因為HNO₃可氧化Fe²⁺），可用稀硫酸，據(jù)此解答（4）（5）（6）；
【探究三】（7）由“紅棕色固體”知，該物質(zhì)為Fe₂O₃，反應轉(zhuǎn)化關系為：FeCl₃$\stackrel{NaOH}{→}$Fe（OH）₃和NaCl，則試劑b為NaOH溶液；
（8）氧化鐵的質(zhì)量為：m（Fe₂O₃）=32g，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算出氧化鐵的物質(zhì)的量，再根據(jù)鐵元素守恒計算出鐵的物質(zhì)的量、質(zhì)量，最后計算出反應后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：【探究一】（1）硬質(zhì)管中鐵與水蒸氣在高溫下反應生成四氧化三鐵和氫氣，反應的化學方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）液體加熱時容易發(fā)生暴沸現(xiàn)象，加入碎瓷片的作用是防止暴沸，
故答案為：防止暴沸；
（3）裝置E中發(fā)生反應為：H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O，則反應現(xiàn)象是：黑色固體變紅，右端管壁有水珠，
故答案為：黑色固體變紅，右端管壁有水珠；
【探究二】在驗證反應后黑色固體的成分時，檢驗Fe³⁺，最佳試劑為KSCN溶液；在確定存在Fe³⁺時，檢驗Fe²⁺，可用酸性KMnO₄溶液．由于酸性KMnO₄溶液與鹽酸發(fā)生反應，所以在溶解反應后的黑色固體時，不能用鹽酸，也不能用硝酸（因為HNO₃可氧化Fe²⁺），可用稀硫酸，
（4）根據(jù)分析可知，溶解反應后固體需要用稀硫酸，
故答案為：稀硫酸；
（5）一份滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明溶液中含有鐵離子，則可推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)的成分為：①一定有Fe₃O₄；
若溶液未變血紅色，則溶液中不存在鐵離子，可推斷硬質(zhì)玻璃管B中固體物質(zhì)中一定存在Fe，即②正確，
故答案為：①；②；
（6）檢驗亞鐵離子，需要用膠頭滴管加入酸性高錳酸鉀溶液，若酸性高錳酸鉀溶液褪色，則證明溶液中含有亞鐵離子，
故答案為：膠頭滴管；酸性KMnO₄溶液，溶液褪色；
【探究三】（7）由“紅棕色固體”知，該物質(zhì)為Fe₂O₃，則FeCl₃$\stackrel{NaOH}{→}$Fe（OH）₃和NaCl，過濾后加強熱生成紅棕色固體，則試劑b為NaOH溶液，
故答案為：NaOH；
（8）氧化鐵的質(zhì)量為：m（Fe₂O₃）=32g，則氧化鐵的物質(zhì)的量為：n（Fe₂O₃）=$\frac{32g}{160g/mol}$=0.2mol，則含有鐵元素的物質(zhì)的量為：n（Fe）=0.4mol，則反應后B裝置中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{56g/mol×0.4mol}{28.8g}$×100%≈77.8%，
故答案為：77.8%．

點評 本題通過鐵及其化合物性質(zhì)考查了探究物質(zhì)組成、測量物質(zhì)含量的方法，題目難度中等，注意掌握探究實驗的設計方法，明確鐵及其化合物性質(zhì)，試題涉及知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、進行計算能力．