Question

常温下，在没有氧气存在时，铁粉与水几乎不反应，但在高温下，铁粉能与水蒸气反应。

（1）铁粉与水蒸气反应的化学方程式是________________________________。

（2）停止反应，待装置冷却后，取出反应后的混合物，加入过量的稀硫酸充分反应，过滤。简述检验所得滤液中含有Fe³⁺的操作方法:______________________________。

（3）经检验上述滤液中不含Fe³⁺，这不能说明铁粉与水蒸气反应所得的产物中不含+3价的铁，原因是(结合化学方程式说明)___________________。

（4）向上述滤液中加入NaOH 溶液后，观察到的现象为_______________________。沉淀由白色变为红褐色的原因是______________________________________(用化学方程式表示)

（5）为了得到白色的Fe(OH)₂沉淀，并尽可能可能较长时间保持白色沉淀，该同学设计了如图所示的装置，请简述实验操作:______________________________________________________。

Answer

3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 取少量滤液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液颜色。如果溶液变为红色，说明原滤液中含有Fe3+，否则不含Fe3+ 如果反应后的混合物中铁粉过量，可发生反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+，铁粉将溶液中的Fe3+全部还原为Fe2+，加入KSCN 溶液后不会变为红色 生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 实验时，先打开活塞K，再将分液漏斗的活塞打开，使稀硫酸与铁粉反应，用生成的H2排出装置中的空气；然后关闭K，利用生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可在盛NaOH 溶液的试剂瓶中较长时间保存白色Fe(OH)2沉淀

【解析】（1）.在高温下，铁粉能与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，反应方程式为：3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2，故答案为：3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2；

（2）.检验所得滤液中是否含有Fe3+，可利用Fe3+与SCN－反应使溶液显红色进行检验，具体的操作方法是：取少量滤液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液颜色。如果溶液变为红色，说明原滤液中含有Fe3+，否则不含Fe3+，故答案为：取少量滤液于试管中，滴入几滴KSCN溶液，观察溶液颜色。如果溶液变为红色，说明原滤液中含有Fe3+，否则不含Fe3+；

（3）.铁与水蒸气反应生成的四氧化三铁可与稀硫酸发生反应：Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O，若铁粉过量，还可以和铁离子反应生成亚铁离子：Fe+2Fe3+=3Fe2+，所以滤液中可能含有铁离子，也可能不含有铁离子，故答案为：如果反应后的混合物中铁粉过量，可发生反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+，铁粉将溶液中的Fe3+全部还原为Fe2+，加入KSCN 溶液后不会变为红色；

（4）.向上述滤液中加入NaOH 溶液后，Fe2＋与OH－反应生成Fe(OH)2，Fe(OH)2不稳定，接触空气时很快被氧化为Fe(OH)3，现象是生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，反应的化学方程式为：4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3，故答案是：生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色；4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 ；

（5）.要较长时间观察到氢氧化亚铁的白色沉淀，关键是尽量减少氢氧化亚铁与空气接触，可以利用生成的氢气赶走装置中的空气，实验步骤为：实验时，先打开活塞K，再将分液漏斗的活塞打开，使稀硫酸与铁粉反应，用生成的H2排出装置中的空气；然后关闭K，利用生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可在盛NaOH 溶液的试剂瓶中较长时间保存白色Fe(OH)2沉淀，故答案为：实验时，先打开活塞K，再将分液漏斗的活塞打开，使稀硫酸与铁粉反应，用生成的H2排出装置中的空气；然后关闭K，利用生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可在盛NaOH 溶液的试剂瓶中较长时间保存白色Fe(OH)2沉淀。