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】设计右图所示装置进行“铁与水反应”的实验。

（1）硬质试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）待硬质试管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）           。若溶液未变红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分

①一定有Fe₃O₄，可能有Fe    ②Fe₃O₄和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）3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2；（2）防止暴沸

（3）黑色固体变红，右端管壁有水珠；（4）稀硫酸

（5）①②；（6）胶头滴管；酸性KMnO4溶液，溶液褪色

（7）NaOH；（8）77.8%

【解析】

试题分析：【探究一】（1）硬质管中铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2；（2）液体加热时容易发生暴沸现象，加入碎瓷片的作用是防止暴沸；（3）装置E中发生反应为：H2+CuOCu+ H2O，则反应现象是：黑色固体变红，右端管壁有水珠；【探究二】（4）在验证反应后黑色固体的成分时，B中得到的是Fe3O4，该物质不能溶于水，但是可以溶于酸，所以溶解反应后固体需要用稀硫酸溶解；（5）一份滴加几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，说明溶液中含有铁离子，则可推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为：①一定有Fe3O4；若溶液未变血红色，则溶液中不存在铁离子，可推断硬质玻璃管B中固体物质中一定存在Fe，即②正确；（6）检验Fe2+，需要用胶头滴管加入酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则证明溶液中含有Fe2+，看到的现象是溶液褪色；【探究三】（7）由“红棕色固体”知，该物质为Fe2O3，则FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl，过滤后加强热Fe(OH)3发生分解反应生成红棕色固体Fe2O3，则试剂b为NaOH溶液；（8）氧化铁的质量为：m(Fe2O3)=32g，则氧化铁的物质的量为：n(Fe2O3)=32g÷160g/mol=0.2mol，则含有铁元素的物质的量为：n(Fe)=2 n(Fe2O3)=0.4mol，则反应后B装置中铁元素的质量分数为：(56g/mol×0.4mol)÷28.8g×100%≈77.8%，

考点：考查铁及其化合物性质的有关知识。