Question

在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体。某兴趣小组请你参与研究：铁与水蒸气反应一段时间后剩余固体物质的成分、性质和利用。实验装置如下图所示(夹持仪器略)

（推断）  观察到D中的黑色固体变红，则B中生成的气体是_______；

（实验探究）  B装置中的剩余固体是什么？

（查阅资料）(1)碎瓦石能防止爆沸，碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物；

(2)铁的氧化物中，只有Fe₂O₃是红棕色，其余均为黑色，只有Fe₃O₄能被磁铁吸引；

（初步探究） B装置中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引

（猜想和假设）

猜想一：剩余固体是Fe₃O₄；

猜想二：剩余固体是___________；

（实验探究）

实验操作	实验现象	实验结论
取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸；	____________	则猜想二正确

（实验结论）铁与水蒸气反应的化学方程式为_________________________________。

（成分再利用）若将B装置中剩余的黑色固体ag，经过一系列转化，全部变为红棕色固体Fe₂O₃(假设转化过程中铁元素无损耗)，增加的质量为x，则x的取值范围为_____________。(用a来表示，精确到0.01)

Answer

氢气 Fe 和 Fe3O4 固体全部溶解，并有气泡冒出 Fe+4H2O══Fe3O4+4H2 0.03a≤ x< 0.43a

【解析】

（1）观察到D中黑色固体变红，则B中生成的气体具有还原性，再根据反应物为“铁与水蒸气”，所以该气体是氢气；（2）【猜想与假设】能被磁铁吸引的只有Fe与Fe3O4，则猜想一Fe3O4；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe与Fe3O4；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe，故猜想二：剩余固体是：Fe与Fe3O4；【实验探究】根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：若固体全部溶解，有气泡冒出，则猜想二正确；【实验结论】根据“在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见的铁的氧化物和一种气体”和猜想，所以铁和水蒸气反应会生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H2OFe3O4+4H2；（3）假设黑色固体全是铁，则

3Fe-----Fe2O3          质量增加

112     160             48

ag                       x

则x=0.43a

假设黑色固体全部是四氧化三铁，则

2Fe3O4------3Fe2O3           质量增加

464          480               16

ag                            x

则x=0.03a，根据猜想，所以x的取值范围为0.03a≤x<0.43a。