Question

古代鐵匠常把燒紅的鐵器浸入水中急速冷卻，增加鐵器的硬度，此法稱為“淬火”．某興趣小組同學設計了如圖所示實驗，用以探究鐵與水高溫反應后的產物．
查閱資料：常溫下沒有氧氣存在時，鐵與水幾乎不反應，但高溫下鐵與水蒸氣能反應，生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體．
（1）試管尾部放一團濕棉花的目的是

 

該反應中組成棉花的成分物質不參與反應，棉花也沒燃燒，棉花沒有燃燒的原因是

 

．
（2）探究生成的氣體是什么？
猜測1：氧氣
猜測2：氫氣
猜測3：二氧化硫；小紅認為不需要做實驗就可以排除猜想3，她的理由是

 

．
【實驗驗證】：如圖把導管通入肥皂水中，產生的肥皂泡飄到空中．用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，說明生成的氣體是

 

．
（3）充分反應后探究試管中剩余固體成分是什么？
【查閱資料】常見鐵的氧化物有三種：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，其中僅有Fe₂O₃為紅色，F(xiàn)eO、Fe₃O₄均為黑色，且只有Fe₃O₄有導磁性．三物質均能與稀硫酸反應而被“溶解”但無氣泡產生，三種物質均不與硫酸銅溶液反應．
【初步驗證】試管中剩余固體為黑色，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(xiàn)象	實驗結論
將反應后得到的黑色粉末放入足量稀硫酸中		猜想一成立
將反應后得到的黑色粉末放入足量的硫酸銅溶液中

【實驗結論】鐵和水蒸氣反應的化學反應式為

 

；
【反思評價】生成固體物中不含有FeO和Fe₂O₃的原因是

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗與除雜方法,酸的化學性質,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式

專題：科學探究

分析：實驗探究鐵粉與水蒸氣反應，當然需要H₂O作為反應物，結合燃燒的條件分析棉花沒有燃燒的原因，然后結合質量守恒定律分析猜想3，有爆鳴聲、密度小，說明該氣體是H₂；能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一是Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應產物，所以猜想二是Fe₃O₄ 和Fe；驗證猜想一與猜想二，關鍵是否含有Fe．根據(jù)“高溫下，鐵與水蒸氣能反應生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，書寫化學方程式；熟記常用物質的性質：如Fe₂O₃紅棕色粉末．

解答：解：（1）根據(jù)圖和“高溫下，鐵與水蒸氣能反應”，可知試管尾部放一團濕棉花的目的是提供水蒸氣，燃燒需要的條件有：可燃物、氧氣、溫度達到著火點，所以棉花也沒燃燒，棉花沒有燃燒的原因是：水汽化吸熱，溫度達不到棉花的著火點；
（2）根據(jù)質量守恒定律可知，化學反應前后元素種類不變，所以小紅認為不需要做實驗就可以排除猜想3，她的理由是：反應物中沒有硫元素，
用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中．說明生成的氣體具有可燃性、密度小于空氣，再根據(jù)反應物為“鐵與水蒸氣”，說明生成的氣體是氫氣；
【猜想與假設】能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，猜想一是Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應產物，猜想二是Fe₃O₄ 和Fe；驗證猜想一與猜想二，關鍵是否含有Fe．
【實驗探究】根據(jù)鐵與稀鹽酸反應產生氣體，進行設計實驗：取少量剩余固體于試管中，向其中滴加足量稀鹽酸；固體全部溶解，沒有產生氣泡；將反應后得到的黑色粉末放入足量的硫酸銅溶液中，沒有明顯現(xiàn)象，所以

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
將反應后得到的黑色粉末放入足量稀硫酸中	固體消失，無氣泡產生	猜想一成立
將反應后得到的黑色粉末放入足量的硫酸銅溶液中	無明顯現(xiàn)象

【實驗結論】鐵和水蒸氣在高溫的條件下反應生成四氧化三鐵和氫氣，化學方程式為：3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
【反思與交流】生成固體物中不含有FeO和Fe₂O₃的原因是：FeO、Fe₂O₃都不能被磁鐵吸引，氧化鐵是紅棕色．
故答案為：（1）提供水蒸氣，水汽化吸熱，溫度達不到棉花的著火點；
（2）反應物中沒有硫元素，氫氣；
（3）【猜想與假設】猜想二：剩余固體是Fe₃O₄ 和Fe；
【實驗探究】

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
	固體消失，無氣泡產生
	無明顯現(xiàn)象

【實驗結論】3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
【反思與交流】FeO、Fe₂O₃都不能被磁鐵吸引，氧化鐵是紅棕色．

點評：本題考查鐵及其化合物的性質實驗，題目難度較大，注意利用題目中的信息進行書寫化學方程式．