Question

【題目】在高溫下，鐵與水蒸氣能發生反應生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體。某興趣小組請你參與研究：鐵與水蒸氣反應一段時間后剩余固體物質的成分、性質及再利用。

實驗裝置如圖所示(夾持儀器略)

(1)（推斷）觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體是_____________。

(2)探究B裝置中剩余固體成分是什么？

（查閱資料）

（1）．碎瓷片能防爆沸；堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物

（2）．鐵的氧化物中，只有Fe2O3是紅棕色，其余均為黑色，只有Fe3O4能被磁鐵吸引。

（初步探究）

B裝置中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引。

（猜想與假設）

猜想一：剩余固體是Fe3O4；

猜想二：剩余固體是_____________。

（實驗探究）

實驗操作	實驗現象及結論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸(或稀硫酸)	若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，剩余固體是Fe3O4，若固體全部溶解，有氣泡冒出，剩余固體是Fe和Fe3O4(與實驗操作一致)

（實驗結論）鐵與水蒸氣反應的化學方程式為_____________。

(3)（成分再利用）若將B裝置中剩余的黑色固體a g，經過一系列轉化，全部變為紅棕色固體Fe2O3(假設轉化過程中鐵元素無損耗)，增加的質量為x，則x的取值范圍為_____________。

Answer 1

【答案】氫氣 Fe與Fe3O4 3Fe+4H2O Fe3O4+4H2 0.03a≤x＜0.43a

【解析】

（1）觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體具有還原性，再根據反應物為“鐵與水蒸氣”，所以該氣體是氫氣，故填：氫氣；
（2）[猜想與假設]能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe3O4，則猜想一Fe3O4；又不可能只有Fe沒有其他反應產物，猜想二是Fe與Fe3O4；驗證猜想一與猜想二，關鍵是否含有Fe，故填：Fe與Fe3O4．
[實驗探究]根據鐵與稀鹽酸反應產生氣體，進行設計實驗：取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸，若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想一正確．若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確，故填：取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸；若固體全部溶解，沒有氣泡冒出，則猜想一正確．若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確．
[實驗結論]根據“在高溫下，鐵與水蒸氣能發生反應生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，所以鐵和水蒸氣反應會生成四氧化三鐵和氫氣，化學方程式為：3Fe+4H2O Fe3O4+4H2；故填：3Fe+4H2O Fe3O4+4H2．
（3）假設黑色固體全是鐵，則

則x=0.43a
假設黑色固體全部是四氧化三鐵，則

則x=0.03a，
根據猜想，所以x的取值范圍為0.03a≤x＜0.43a
故答案為：0.03a≤x＜0.43a.