Question

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

 

．
（2）甲同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)后試管內(nèi)的黑色固體X含有哪些物質(zhì)進(jìn)行了探究．
提出假設(shè)：①所得固體是FeO
②所得固體是Fe₃O₄
③所得固體是

 

．
實(shí)驗(yàn)探究：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(chǎn)生．
②	取試管1反應(yīng)后的溶液少許，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩．	溶液沒有出現(xiàn)血紅色．
③	取試管1反應(yīng)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(jīng)小組討論后認(rèn)為甲的方案不完善．根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，能確定固體X中存在的物質(zhì)是

 

，但不能確定X的成分，原因是

 

．
（3）乙同學(xué)設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)方案以確定實(shí)驗(yàn)后試管內(nèi)的固體是否存在Fe₃O₄．

①溶液X中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為

 

；
②操作a包括過濾和洗滌，檢驗(yàn)沉淀是否已經(jīng)洗滌干凈的操作是

 

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

 

時(shí)，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(yàn)反應(yīng)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(chǎn)生，說明有單質(zhì)鐵；
（3）①雙氧水可將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)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(shè)全部是FeO或Fe₃O₄計(jì)算m₁與m₂之比；

解答：解：（1）使用肥皂液的作用是檢驗(yàn)反應(yīng)中生成的H₂，反應(yīng)一段時(shí)間后，有肥皂泡吹起時(shí)，用點(diǎn)燃的火柴靠近肥皂泡，當(dāng)聽到爆鳴聲時(shí)，說明“鐵與水蒸氣”能夠進(jìn)行反應(yīng)，故答案為：檢驗(yàn)反應(yīng)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(chǎn)生，說明有單質(zhì)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(yīng)生成了 Fe²⁺；且溶液中的 Fe²⁺也有可能是 Fe與 Fe³⁺反應(yīng)的產(chǎn)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(yīng)生成了 Fe²⁺；且溶液中的 Fe²⁺也有可能是 Fe與 Fe³⁺反應(yīng)的產(chǎn)物；
（3）①雙氧水可將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)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(yàn)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(zhì)的量相同，假設(shè)全部是FeO，
2FeO≈Fe₂O₃
144g  160g
m₁與m₂之比=

144g

160g

=0.9；
假設(shè)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(yīng)大于 0.9時(shí)，固體樣品中一定存在Fe₃O₄，故答案為：0.9．

點(diǎn)評(píng)：本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)，難度較大，③中的計(jì)算是難點(diǎn)，學(xué)生應(yīng)充分利用信息并結(jié)合極限法來綜合應(yīng)用解答本題．