Question

【題目】某興趣小組在老師的指導下，對鐵與水蒸氣的反應中所得產物展開探究：

（實驗初探）①組裝如圖所示裝置并檢查氣密性；②裝入藥品并固定；③加熱一段時間后，B中固體顏色無明顯變化，但吹泡器連續吹出氣泡，且氣泡向上飛起，用燃著的木條靠近氣泡，能產生爆鳴。證明該氣體為______。

（查閱資料）常見的鐵的氧化物有三種（FeO、Fe2O3、Fe3O4）

①三種氧化物中FeO、Fe3O4均為黑色；

①三種氧化物都不溶于水，其中鐵粉、Fe3O4能被磁鐵吸引

②三種氧化物都不與硫酸銅溶液反應，但能與酸反應生成可溶性物質。

（產物分析）實驗小組同學對反應后玻璃管內的剩余固體進行探究。

①甲同學發現固體仍為黑色，由此判斷：固體中肯定不存在Fe2O3，理由是______。

②乙同學發現固體能全部被磁鐵吸引，且黑色固體中一定沒有______。

（作出猜想）猜想I：全是Fe；猜想Ⅱ：全是Fe3O4；猜想Ⅲ：______；

（定性探究）小組同學準確稱取20g固體于試管中進行實驗，加入過量______溶液，出現紅色固體，且有黑色固體殘留。出現紅色固體的化學方程式是______，猜想______成立，故鐵與水蒸氣發生置換反應的方程式是______。

（定量測定）小組同學繼續將上述定性探究實驗后試管內的剩余物過濾、洗滌、干燥，稱得固體質量為20.4g，則鐵與水蒸氣反應后玻璃管內固體中：剩余鐵單質的質量為______g（請寫出此問解題過程），Fe3O4的質量分數為______。

（實驗反思）若定量測定中進行“干燥”操作時，將所得固體于空氣中加熱烘干，則會導致所得Fe3O4的質量分數______（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】氫氣 氧化鐵是紅色固體 氧化亞鐵 Fe、Fe3O4 硫酸銅 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu Ⅲ 3Fe+4H2OFe3O4+4H2 2.8 86% 偏小

【解析】

[實驗初探]氣泡向上飛起，說明氣體密度比空氣小，用燃著的木條靠近氣泡，能產生爆鳴，說明氣體具有可燃性，證明該氣體為氫氣；

[產物分析]①固體中肯定不存在Fe2O3，理由是氧化鐵是紅色固體；

②乙同學發現固體能全部被磁鐵吸引，且黑色固體中一定沒有氧化亞鐵，這是因為氧化亞鐵不能被磁鐵吸引；

[作出猜想]猜想I：全是Fe；猜想Ⅱ：全是Fe3O4；猜想Ⅲ：Fe、Fe3O4；

[定性探究]小組同學準確稱取20g固體于試管中進行實驗，加入過量硫酸銅溶液，出現紅色固體，是因為鐵和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅，且有黑色固體殘留，說明固體中含有四氧化三鐵，出現紅色固體的化學方程式是：Fe+CuSO4═FeSO4+Cu；

猜想Ⅲ成立，故鐵與水蒸氣發生置換反應生成四氧化三鐵和氫氣，反應的化學方程式為：3Fe+4H2OFe3O4+4H2；

[定量測定]設鐵質量為x，

x=2.8g，

Fe3O4的質量分數為：×100%=86%，

[實驗反思]若定量測定中進行“干燥”操作時，將所得固體于空氣中加熱烘干時，銅能和氧氣反應生成氧化銅，導致計算的鐵的質量偏大，從而導致所得Fe3O4的質量分數偏小。