Question

在沒有氧氣存在時，鐵與水幾乎不反應，但高溫下，鐵能與水蒸氣反應．請設計實驗，證明還原鐵粉與水蒸氣能夠發生反應．
（1）鐵粉與水蒸氣反應的化學方程式是：______
（2）證明還原鐵粉與水蒸氣發生了反應的方法是______
（3）某同學用如圖所示裝置進行實驗，請幫助該同學完成設計，用下列簡圖畫出未完成的實驗裝置示意圖（鐵架臺可省略，導氣管的形狀可根據需要選擇）

（4）停止反應，待裝置冷卻后，取出反應過的還原鐵粉混合物，加入過量的稀硫酸充分反應，過濾．若混合物中既有Fe²⁺又有Fe³⁺，則證明該結論的實驗方法是：______
（5）經檢驗上述濾液中不含Fe³⁺，這不能說明還原鐵粉與水蒸氣反應所得產物中不含+3價的Fe元素．原因是（結合離子方程式說明）
______
（6）某同學利用上述濾液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向濾液中加入NaOH溶液后，觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色．
①沉淀由白色→紅褐色的化學方程式是：______．
②為了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并盡可能長時間保持其白色，可采取的措施有多種，請寫出其中的一種．______．

Answer 1

解：（1）鐵和水蒸氣反應的化學方程式為：3Fe+4H₂O（g） Fe₃O₄+4H₂↑，故答案為：3Fe+4H₂O（g） Fe₃O₄+4H₂↑；
（2）證明還原鐵粉與水蒸氣發生了反應的方法是收集氣體進行爆鳴實驗，證明鐵發生了反應，故答案為：檢驗是否有H₂產生；
（3）氫氣的密度比空氣的小，且不溶于水，實驗裝置示意圖，故答案為：；
（4）Fe³⁺使KSCN溶液變紅，Fe²⁺使高錳酸鉀酸性溶液褪色，故答案為：各取少量溶液于兩試管中，向其中一試管中滴入幾滴KSCN溶液，向另一試管中加入高錳酸鉀酸性溶液，觀察溶液顏色變化，若前者溶液顏色變紅，后是溶液紫紅色褪去，則說明溶液中既有Fe²⁺又有Fe³⁺；
（5）鐵粉將溶液中的Fe³⁺全部還原為Fe²⁺，即便加KSCN溶液也不變紅色，故答案為：如果反應后混合物中的鐵粉過量，鐵粉將溶液中的Fe³⁺全部還原為Fe²⁺，即便加KSCN溶液也不變紅色．反應的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（6）①氧氣能將Fe（OH）₂沉淀氧化為氫氧化鐵，化學方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃；
②Fe（OH）₂沉淀易被氧氣氧化，應除掉溶液中的氧氣和隔絕空氣，故答案為：第一種：用一只容器較大針孔較細的注射器吸取濾液后再吸入NaOH溶液，然后倒置2～3次；
第二種：向濾液中加入植物油，使濾液與空氣隔絕，然后再將滴管伸入水溶液中滴加氫氧化鈉溶液；
第三種：向熱的硫酸亞鐵溶液中滴加熱的氫氧化鈉溶液，減少溶液中氧氣的含量．
分析：（1）根據現象判斷產物為四氧化三鐵和氫氣；
（2）證明鐵和水蒸氣反應的方法可以根據固體的性質驗證分析，也可以依據生成的氣體為氫氣；
（3）氫氣的密度比空氣的小，且不溶于水；
（4）Fe³⁺使KSCN溶液變紅，Fe²⁺使高錳酸鉀酸性溶液褪色；
（5）鐵粉將溶液中的Fe³⁺全部還原為Fe²⁺；
（6）①氧氣能將Fe（OH）₂沉淀氧化為氫氧化鐵；
②Fe（OH）₂沉淀易被氧氣氧化，應除掉溶液中的氧氣和隔絕空氣．
點評：本題考查鐵及其化合物的性質實驗，題目難度不大，注意Fe²⁺與Fe³⁺的轉化．