Question

鐵不能與冷、熱水反應，但能與水蒸氣反應．中學教材中用下圖所示實驗裝置，完成還原鐵粉與水蒸氣反應的演示實驗．
資料顯示，在不同溫度下，還原鐵粉與水蒸氣反應的產物是不同的，溫度低于570℃時，生成FeO；高于570℃時，生成Fe₃O₄．
（1）實驗中使用肥皂液的作用是

 

．
（2）甲同學對實驗后試管內的黑色固體X含有哪些物質進行了探究．
提出假設：①所得固體是FeO
②所得固體是Fe₃O₄
③所得固體是

 

．
實驗探究：

實驗編號	實驗操作	實驗現象
①	取少量黑色粉末X放入試管1中，加入鹽酸，微熱．	黑色粉末逐漸溶解，有少量氣泡產生．
②	取試管1反應后的溶液少許，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩．	溶液沒有出現血紅色．
③	取試管1反應后的溶液少許，滴加幾滴酸性KMnO4溶液，振蕩	高錳酸鉀溶液褪色

問題討論：經小組討論后認為甲的方案不完善．根據實驗事實，能確定固體X中存在的物質是

 

，但不能確定X的成分，原因是

 

．
（3）乙同學設計下列實驗方案以確定實驗后試管內的固體是否存在Fe₃O₄．

①溶液X中發生氧化還原反應的離子方程式為

 

；
②操作a包括過濾和洗滌，檢驗沉淀是否已經洗滌干凈的操作是

 

；
③如果取固體樣品m₁克，反應后得到紅棕色固體m₂克，則m₁與m₂之比最少應大于

 

時，才能確定固體樣品中一定存在Fe₃O₄．

Answer 1

分析：（1）使用肥皂液的作用是檢驗反應中生成的H₂；
（2）可能是FeO、Fe₃O₄的混合物；加入鹽酸有少量氣泡產生，說明有單質鐵；
（3）①雙氧水可將二價鐵離子氧化為三價鐵離子；
②洗滌液中無氯離子，表明沉淀已洗滌干凈；
③利用極限法來假設全部是FeO或Fe₃O₄計算m₁與m₂之比；

解答：解：（1）使用肥皂液的作用是檢驗反應中生成的H₂，反應一段時間后，有肥皂泡吹起時，用點燃的火柴靠近肥皂泡，當聽到爆鳴聲時，說明“鐵與水蒸氣”能夠進行反應，故答案為：檢驗反應中生成的H₂；
（2）可能是FeO、Fe₃O₄的混合物；加入鹽酸有少量氣泡產生，說明有單質鐵，不能確定是否含有Fe₃O₄或FeO，如果混合物中存在Fe₃O₄，溶于鹽酸生成的 Fe³⁺與 Fe反應生成了 Fe²⁺；且溶液中的 Fe²⁺也有可能是 Fe與 Fe³⁺反應的產物，
故答案為：FeO、Fe₃O₄的混合物；Fe；不能確定是否含有Fe₃O₄或FeO，如果混合物中存在Fe₃O₄，溶于鹽酸生成的 Fe³⁺與 Fe反應生成了 Fe²⁺；且溶液中的 Fe²⁺也有可能是 Fe與 Fe³⁺反應的產物；
（3）①雙氧水可將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，離子方程式：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，
故答案為：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；
②洗滌液中無氯離子，表明沉淀已洗滌干凈，檢驗方法為取少量最后一次洗滌液，滴加AgNO₃溶液，若無沉淀生成，表明沉淀已洗滌干凈，
故答案為：取少量最后一次洗滌液，滴加AgNO₃溶液，若無沉淀生成，表明沉淀已洗滌干凈；
③固體樣品m₁克與紅棕色固體m₂克所含鐵元素的物質的量相同，假設全部是FeO，
2FeO≈Fe₂O₃
144g  160g
m₁與m₂之比=

144g

160g

=0.9；
假設全部是Fe₃O₄，
2Fe₃O₄≈3Fe₂O₃
464g   480g 
m₁與m₂之比=

464g

480g

=0.97，m₁與m₂之比最少應大于 0.9時，固體樣品中一定存在Fe₃O₄，故答案為：0.9．

點評：本題考查鐵及其化合物的性質，難度較大，③中的計算是難點，學生應充分利用信息并結合極限法來綜合應用解答本題．