Question

（15分）新型材料纳米级铁粉与普通铁粉具有不同的性质。已知：在不同温度下，纳米级铁粉与水蒸气反应的固体产物不同，温度低于570℃时，生成FeO；高于570℃时，生成Fe₃O₄。

（1）写出温度高于570℃时反应的化学方程式      

                             。

（2）中学教材中用下图所示实验装置，完成铁粉与水蒸气反应的演示实验。实验中使用肥皂液的作用是                                。

（3）如果提供给你3支试管、水槽、蒸发皿、胶塞、导管、酒精灯及其必要的仪器和物品，请在答题卷的方框中画出你设计的实验装置示意图（包括反应时容器中的物质）。

说明：①本题装置示意图中的仪器可以用下面的方式表示。

水槽：  试管：  蒸发皿：   玻璃导管：   或（但应标示出在液面上或液面下）

②铁架台、石棉网、酒精灯、玻璃导管之间的联接胶管等，在示意图中不必画出。如需加热，在需加热的仪器下方，标以“△”表示。

（4）甲同学对实验后的黑色固体产物X含有哪些物质进行了如下实验：

实验步骤	实验操作	实验现象
Ⅰ	取少量黑色固体产物X（假定成分分布均匀）放入试管中，加入盐酸，微热。	黑色粉末逐渐溶解，有少量气泡产生。
Ⅱ	取实验Ⅰ反应后的溶液少许，滴加几滴KSCN溶液，振荡。	溶液没有出现血红色。
Ⅲ	取实验Ⅰ反应后的溶液少许，滴加几滴酸性KMnO4溶液，振荡。	高锰酸钾溶液褪色。

根据以上实验事实，能确定固体X中存在的物质是           ，但不能确定X的成分，原因是                                                               。

（5）乙同学为了探究实验后的固体产物是否存在Fe₃O₄设计下列实验方案：

①取固体样品m₁ g，溶于足量的稀盐酸；

②向①反应后的溶液中加入足量H₂O₂的和氨水，充分反应后，过滤、洗涤、干燥；

③将②中所得固体进行灼烧，得到红棕色固体m₂ g。

溶液X中发生氧化还原反应的离子方程式为                                  ；m₁与m₂的比值在         范围内时，才能确定固体样品中一定存在Fe₃O₄。

Answer

（15分）

（1）3Fe + 4H2O(g)Fe3O4 + 4H2（2分）

（2）检验反应中生成的H2（2分）

（4）Fe（1分） 不能确定是否含有Fe3O4或FeO，（1分）如果混合物中存在Fe3O4，溶于盐酸生成的 Fe3+与 Fe反应会生成了 Fe2+；（1分）且溶液中的 Fe2+也有可能是 FeO与盐酸反应的产物（1分）

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

【解析】

试题分析：（1）温度高于570℃时铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，所以化学方程式为3Fe + 4H2O(g)Fe3O4 + 4H2；

（2）使用肥皂液的目的是检验生成的氢气，肥皂液产生气泡，说明有氢气生成；

（3）水蒸气的产生需要给盛放水的试管加热，水蒸气通入盛放铁粉的试管中，然后生成的氢气用另一导气管导出，用排水集气法收集，装置图如下：；

（4）与盐酸反应产生气体，说明X中含有Fe；与KSCN溶液反应物红色出现，说明实验1后的溶液在无铁离子，但不能说明X中无四氧化三铁，因为即便X中含有四氧化三铁，溶于盐酸生成的 Fe3+与 Fe反应也会生成了 Fe2+；使高锰酸钾溶液褪色，说明实验1中的溶液中含有亚铁离子，但不能说明X中含有FeO，因为铁与盐酸反应也生成亚铁离子，所以不能确定是否含有Fe3O4或FeO；

（5）过氧化氢与亚铁离子反应生成铁离子和水，离子方程式为2Fe2++2H++H2O2＝2Fe3++2H2O；根据题意可知红棕色固体为氧化铁，若X全部是FeO，则m1与m2的关系利用铁元素守恒得：m1×56/72=m2×112/160,所以=0.9，同理可得，若X全部是四氧化三铁，则m1×168/232=m2×112/160, =0.97，所以证明X中含有四氧化三铁的的取值范围是0.9＜≤0.97。

考点：考查实验的设计，离子方程式的书写，反应的计算