Question

（14分）某研究小组为了探究“铁与水蒸气”能否发生反应及反应的产物，进行了下列实验：

用如图所示实验装置，在硬质玻璃管B中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，再结合一些步骤，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”（已知石棉绒是耐高温材料，不与水和铁反应）。

Ⅰ．探究“铁与水蒸气”能否发生反应

（1）如何检查该装置的气密性          。

（2）实验中石棉绒的作用是                    。

（3）反应一段时间后，有肥皂泡吹起时，用点燃的火柴靠近肥皂泡，当          时（填实验现象），说明“铁与水蒸气”能够进行反应，写出铁与水蒸气反应的化学方程式      。

Ⅱ．探究“铁与水蒸气” 反应的产物

（1）假设还原铁粉反应完全，黑色固体为某种单一成分，为研究黑色固体成分，该研究小组甲同学提出以下假设：

假设一：黑色固体全部是Fe₃O₄  

假设二：黑色固体全部是Fe₂O₃

假设三：黑色固体全部是FeO

乙同学认为即使不通过实验就可以否定甲同学的一个假设，你认为乙同学否认的假设是            ，理由是                                       。

（2）若假设一正确，请设计实验加以验证，完成下列表格（仪器自选)。

限选实验试剂：1 mol·L^-1硫酸、2 mol·L^-1NaOH溶液、新制氯水、澄清石灰水、酸性KMnO₄溶液、KSCN 溶液、品红溶液

实验步骤	预期实验现象与结论
取反应后干燥的固体于试管中，加入足量的1mol·L^-1硫酸溶解

Answer

）Ⅰ.（1）将C处导气管末端浸入水槽中，微热A处圆底烧瓶，气管末端出现气泡，停止加热后气管末端出现一段水柱，则气密性好，否则气密性不好（2分）（2）增大铁粉与水蒸气的接触面积（1分）

（3）肥皂泡破裂，有爆鸣声（2分）3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2(2分)

Ⅱ. （1）假设二（1分）由于Fe2O3为红棕色粉末，则可以根据固体颜色直接否定假设二（1分）

实验步骤

预期实验现象与结论

取反应后干燥的固体于试管中，加入足量的1mol·L-1硫酸硫酸溶解

①取少量上述溶液于一试管中，滴加1～2滴KSCN 溶液(1分)

②另取少量上述溶液于另一试管中，滴加2～3滴酸性KMnO4溶液(1分)

①溶液变红色，则反应后的固体中含有+3价的铁(1分)

②溶液不显紫色，则反应后的固体中含有+2价的铁，综合上述步骤①②可知假设一正确。（2分）

【解析】

试题分析：Ⅰ．（1）气密性检查一般用液差法，即将C处导气管末端浸入水槽中，微热A处圆底烧瓶，气管末端出现气泡，停止加热后气管末端出现一段水柱，则气密性好，否则气密性不好。

（2）石棉绒的接触面积大，可增大铁粉与水蒸气的接触面积，加快反应速率。

（3）反应一段时间后，有肥皂泡吹起时，反应中有氢气产生，因此用点燃的火柴靠近肥皂泡，当肥皂泡破裂，有爆鸣声时（填实验现象），说明“铁与水蒸气”能够进行反应，铁与水蒸气反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。

Ⅱ．（1）由于Fe2O3为红棕色粉末，则可以根据固体颜色是黄色直接否定假设二。

（2）四氧化三铁中铁元素的价态有＋2价和＋3价，可以根据亚铁离子和铁离子检验验证假设一正确，即

实验步骤

预期实验现象与结论

取反应后干燥的固体于试管中，加入足量的1mol·L-1硫酸硫酸溶解

①取少量上述溶液于一试管中，滴加1～2滴KSCN 溶液(1分)

②另取少量上述溶液于另一试管中，滴加2～3滴酸性KMnO4溶液(1分)

①溶液变红色，则反应后的固体中含有+3价的铁(1分)

②溶液不显紫色，则反应后的固体中含有+2价的铁，综合上述步骤①②可知假设一正确。（2分）

考点：考查铁与水蒸气反应实验设计与探究