Question

在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物，该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉，这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。请分别用下图中示意的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6 mol·L^－1盐酸，其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。填写下列空白：

(1)实验进行时试管A中应加入的试剂是__________；烧瓶B的作用是____________；烧瓶C的作用是__________；在试管D中收集得到的是__________。

(2)实验时，U形管G中应加入的试剂是____________；长颈漏斗H中应加入____________。

(3)两套装置中，在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母)__________________。

(4)试管E中发生反应的化学方程式是__________________________。

(5)为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须____________；E管中的反应开始后，在F出口处应________________________________。

Answer

普通铁粉(或铁粉) 水蒸气发生器（或用来产生水蒸气） 防止水倒吸(或用作安全瓶) 氢气 固体氢氧化钠(或碱石灰、氧化钙等碱性固体干燥剂) 6 mol·L－1的稀盐酸 ABE 4H2＋Fe3O43Fe＋4H2O(g) 检验氢气的纯度 点燃氢气

【解析】

（1）烧瓶的作用就是加热液体或者对液体进行蒸馏，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷，引起水的倒流而加了装置C；
（2）为了方便加入稀盐酸使用了长颈漏斗，由于盐酸具有挥发性，所以在生成氢气的同时也会带出一部分水蒸气和氯化氢．需要碱性的固体干燥剂；
（3）反应需要高温和水蒸气，故A和B都需要加热．从实验所要达到的目的可以看出，前一个装置是完成第一步实验的，而后一个装置是完成第二步实验的．装置E需要加热；
（4）试管E中氢气还原四氧化三铁生成铁的反应；
（5）氢气是可燃性气体，所以在做其性质实验时要保证氢气的纯度。

（1）根据题干中所提供的物质可以推断出第一步实验中除了生成四氧化三铁外还会生成氢气，发生的反应为铁在高温和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe+4H2O(g) 4H2+Fe3O4；试管A是铁与水蒸气反应的装置，故在A中装的应该是普通铁粉，在反应过程中 要生成氢气，所以D是用来收集氢气的，烧瓶的作用就是加热液体或者对液体进行蒸馏，所以这里蒸馏瓶所起的作用就是产生水蒸气，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷，引起水的倒流从而在试管和收集气体的试管中间加上了广口瓶，保证实验安全；A中是铁和水蒸气的反应；B中为产生水蒸气的装置，C为安全瓶防止倒吸的作用，D中收集的是氢气，
综上所述，本题正确答案：普通铁粉（或铁粉）；产生水蒸气（或水蒸气发生器）；防止水倒吸（或用作安全瓶）；氢气；
（2）装置I是用来制取氢气的装置，所以装置H是用来添加盐酸的，F中发生反应：Fe3O4+4H2 3Fe+4H2O；由于使用的是稀盐酸来制取氢气，所以在产生氢气的同时可能带出部分水蒸气和氯化氢气体，故在U型管中加入固体来干燥气体，吸收氯化氢和水蒸气，所以U型管中为固体NaOH（或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂），
综上所述，本题正确答案：固体NaOH（或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂）；6mol/L的稀盐酸；
（3）反应是在高温的条件下反应的，所以A和F装置要加热，同时反应需要水蒸气的参加，故B也需要加热；

综上所述，本题正确答案：ABE；

（4）依据装置和实验目的分析，试管E中发生反应是氢气还原四氧化三铁的反应，反应的化学方程式是：4H2＋Fe3O43Fe＋4H2O(g)；

综上所述，本题正确答案： 4H2＋Fe3O43Fe＋4H2O(g)；

（5）氢气是可燃性气体，做氢气的性质实验时必须保证氢气是纯净的，为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须进行气体验证纯度；E管中的反应开始后，在F出口处应点燃氢气，避免排放到空气中遇火爆炸；

综上所述，本题正确答案：检验氢气的纯度；点燃氢气。