Question

19．按如圖1所示裝置進(jìn)行鐵和水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)．
（1）鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）為檢驗(yàn)生成的氣體產(chǎn)物，需從圖2選擇必要的裝置，其正確的連接順序?yàn)椋ㄓ媒涌谧帜副硎荆゛-a-f-g-b-c-h，描述能驗(yàn)證氣體產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象黑色的氧化銅變成紅色，白色的無(wú)水硫酸銅變成藍(lán)色；

（3）停止反應(yīng)，待裝置冷卻后，取出反應(yīng)過(guò)的鐵粉混合物，加入過(guò)量的稀硫酸充分反應(yīng)，過(guò)濾．簡(jiǎn)述檢驗(yàn)所得濾液中Fe³⁺的操作方法：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無(wú)鐵離子；
（4）經(jīng)檢驗(yàn)上述濾液中不含F(xiàn)e³⁺，這不能說(shuō)明鐵粉與水蒸氣反應(yīng)所得產(chǎn)物中不含+3價(jià)的鐵．原因是（用離子方程式說(shuō)明）：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（5）某同學(xué)利用上述濾液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向?yàn)V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沉淀由白色變?yōu)榧t褐色的化學(xué)方程式是：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②為了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并盡可能使沉淀長(zhǎng)時(shí)間保持白色，有同學(xué)設(shè)計(jì)如圖3所示的裝置：通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色．下列說(shuō)法中正確的是ABD（填序號(hào)）．
A．電源中的a為正極，b為負(fù)極
B．可以用NaCl溶液作為電解液
C．A、B兩端都必須用鐵作電極
D．陰極發(fā)生的反應(yīng)是2H⁺+2e^-═H₂↑

Answer 1

分析 （1）在高溫下，鐵粉和水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)物有四氧化三鐵和氫氣；
（2）生成的氣體產(chǎn)物為氫氣，氫氣與氧化銅反應(yīng)生成水，氫氣與氧化銅反應(yīng)之前要干燥，根據(jù)氧化銅、無(wú)水硫酸銅顏色變化可以驗(yàn)證；
（3）檢驗(yàn)濾液中是否含有Fe³⁺的簡(jiǎn)單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色；
（4）反應(yīng)生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過(guò)量，還可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子；
（5）①氫氧化亞鐵不穩(wěn)定接觸空氣時(shí)很快被氧化為氫氧化鐵；
②要較長(zhǎng)時(shí)間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關(guān)鍵是怎樣降低反應(yīng)體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，氫氣應(yīng)在B電極產(chǎn)生；

解答 解：（1）在高溫下，鐵粉和水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
故答案為：Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）將產(chǎn)生的氣體干燥后再與氧化銅反應(yīng)生成銅單質(zhì)和水，無(wú)水硫酸銅遇水變藍(lán)色，所以實(shí)驗(yàn)裝置連接順序?yàn)椋篴→f→g→b→c→h，能驗(yàn)證氣體為氫氣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：黑色的氧化銅變成紅色，白色的無(wú)水硫酸銅變成藍(lán)色，
故答案為：a-f-g-b-c-h；黑色的氧化銅變成紅色，白色的無(wú)水硫酸銅變成藍(lán)色；
（3）檢驗(yàn)濾液中是否含有Fe³⁺的簡(jiǎn)單方法是：滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色，若溶液變紅色證明含有Fe³⁺，否則不含；
故答案為：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無(wú)鐵離子；
（4）反應(yīng)生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過(guò)量，還可以和鐵離子反應(yīng)：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子，
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（5）①氫氧化亞鐵不穩(wěn)定接觸空氣時(shí)很快被氧化為氫氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②要較長(zhǎng)時(shí)間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關(guān)鍵是怎樣降低反應(yīng)體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，氫氣應(yīng)在B電極產(chǎn)生．
A．產(chǎn)生氫氣的電極應(yīng)為陰極，電源中的a為正極，b為負(fù)極，故A正確；
B．可以用NaCl溶液作為電解液，陰極產(chǎn)生氫氧化鈉與陽(yáng)極產(chǎn)生的亞鐵離子生成氫氧化亞鐵，故B正確；
C．陽(yáng)極用鐵作電極，陰極不一定要用鐵作電極，故C錯(cuò)誤；
D．陰極是氫離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-═H₂↑，故D正確，
故選：ABD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)探究與制備實(shí)驗(yàn)、常見(jiàn)離子檢驗(yàn)、電解原理應(yīng)用等，關(guān)鍵是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，熟練掌握元素化合物性質(zhì)，難度中等．