Question

在一定條件下用普通鐵粉和水蒸氣反應,可以得到鐵的氧化物。該氧化物又可以經過此反應的逆反應,生成顆粒很細的鐵粉。這種鐵粉具有很高的反應活性,在空氣中受撞擊或受熱時會燃燒,所以俗稱“引火鐵”。請分別用下圖中示意的兩套儀器裝置,制取上述鐵的氧化物和“引火鐵”。實驗中必須使用普通鐵粉和6 mol·L^-1的鹽酸,其他試劑自選(裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、石棉網、加熱設備等在圖中均已略去)。

圖1               圖2
填寫下列空白:
(1)實驗進行時試管A中應加入的試劑是;燒瓶B的作用是______________________;燒瓶C的作用是______________________;在試管D中收集得到的是
____________________________。
(2)實驗時,U形管G中應加入的試劑是___________;長頸漏斗H中應加入___________。
(3)兩套裝置中,在實驗時需要加熱的儀器是(填該儀器對應的字母) ___________。
(4)燒瓶I中發生的反應有時要加入少量硫酸銅溶液,其目的是__________________________。
(5)試管E中發生反應的化學方程式是______________________________________________。
(6)為了安全,在E管中的反應發生前,在F出口處必須___________;E管中的反應開始后,在F出口處應___________。

Answer 1

(1)普通鐵粉(或鐵粉) 作為水蒸氣發生器(或用來產生水蒸氣) 防止水倒吸(或用作安全瓶) 氫氣
(2)固體NaOH(或堿石灰、CaO等堿性固體干燥劑)  6 mol·L^-1 HCl
(3)A、B、E
(4)加快氫氣產生的速度
(5)Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O
(6)檢驗氫氣的純度 點燃氫氣

首先明確本題涉及3個反應，
即普通鐵粉的高溫氧化：
3Fe+4H₂OFe₃O₄+4H₂
F₃O₄的熱還原：Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O
6 mol·L^-1鹽酸與較活潑金屬(如鋅)制備上述反應所需的還原劑氫氣：
Zn+2HCl====ZnCl₂+H₂↑
題目給出了兩個裝置圖，圖(1)內有生成物排水取氣的裝置。圖(2)內則有發生氫氣的裝置。因此，前者為制取Fe₃O₄的裝置，后者為制取“引火鐵”的裝置。
試管A里裝入的試劑是普通鐵粉，燒瓶B的作用是制水蒸氣，燒瓶C的作用是作為安全瓶防止水槽內的冷水倒吸，收集到試管D內的氣體是氫氣。
如果把燒瓶C作為水蒸氣的發生裝置(試管A中的長導管有迷惑作用)，則反應中生成的氫氣無法排出，這樣一來，一方面使化學平衡不利于由鐵轉變為Fe₃O₄反應的進行，另一方面將使A、B兩容器內壓強過高而引起爆炸事故。
在圖(2)中，由于鹽酸較濃，與活潑金屬反應所產生的氫氣中會帶有部分鹽酸酸霧，如不除去則會跟Fe₃O₄發生反應，所以U形管中應該用固體氫氧化鈉或氧化鈣、堿石灰等堿性干燥劑，以除去酸霧。6 mol·L^-1鹽酸應從長頸漏斗中加入作為氣體發生器的燒瓶內，燒瓶B是水蒸氣發生器，為將其中的水變為水蒸氣需要加熱，普通鐵粉被水蒸氣氧化需在高溫下進行，Fe₃O₄被氫氣還原需在加熱條件下進行，所以A、B、E都要加熱。
在燒瓶I中加入硫酸銅溶液，形成原電池，增大生成氫氣的反應速率。
為安全起見，進入試管內的氫氣必須驗純，自導管F逸出的氫氣應燃燒掉或導出室外，以免與室內空氣形成爆炸混合物。