Question

某研究性学习小组请你参与“研究铁与水反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究，并共同解答下列问题：

【探究一】设计如图所示装置进行“铁与水反应”的实验。

（1）硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为______________________________。

（2）反应前A中投放碎瓷片的目的是____________________________________。

（3）装置E中的现象是________________________________________________。

【探究二】设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管中黑色固体的成分。

（4）待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于_______后，将所得溶液分成两份。

（5）一份滴加几滴KSCN溶液。若溶液变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分（选填序号，下同）为_______；若溶液未变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为_______。

①一定有Fe₃O₄         ②一定有Fe        

③只有Fe₃O₄           ④只有Fe

（6）另一份用_______（填仪器名称）加入_______，可以证明溶液中存在Fe²⁺。

【探究三】设计如下流程测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数。

（7）试剂b的化学式是_______。

（8）计算反应后B装置中铁元素的质量分数为_______。

Answer

（1）

（2）防止暴沸

（3）黑色固体变红，右端管壁有水珠

（4）稀硫酸 （5）① ②

（6）胶头滴管 酸性KMnO4溶液，溶液褪色

（7）NaOH （8）77.8%

【解析】【探究一】（1）Fe与水反应的化学方程式为：

3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2。

（2）碎瓷片的作用是防止暴沸。

（3）装置E中发生反应：H2+CuOCu+H2O，现象是：黑色固体变红，右端管壁有水珠。

【探究二】在验证反应后黑色固体的成分时，检验Fe3+，最佳试剂为KSCN溶液；在确定存在Fe3+时，检验Fe2+，可用酸性KMnO4溶液。由于酸性KMnO4溶液与盐酸发生反应，所以在溶解反应后的黑色固体时，不能用盐酸，也不能用硝酸（因为HNO3可氧化Fe2+），可用稀硫酸。

【探究三】由“红棕色固体”知，该物质为Fe2O3，则和NaCl及过量，所以试剂b为NaOH溶液。m（Fe2O3）=32 g,则n（Fe2O3）=0.2 mol,则n（Fe）=0.4 mol,则反应后B装置中铁元素的质量分数为：×100%≈77.8%。