Question

常温下没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体．小明很好奇，设计如下实验探究铁粉与水蒸气反应后的产物．
（1）试管尾部放一团湿棉花的目的是

 

．
（2）探究生成的气体是什么？
用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空中． 说明生成的气体是

 

．
（3）探究试管中剩余固体成分是什么？
【查阅资料】（1）金属氧化物能和酸反应且生成物能溶于水        
（2）信息如表格

常见铁的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
颜色、状态	黑色粉末	红棕色粉末	黑色晶体
能否被磁铁吸引	否	否	能

【初步验证】试管中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引．
【猜想与假设】猜想一：剩余固体是Fe与Fe₃O₄；猜想二：剩余固体是

 

．
【实验探究】

实验操作	实验现象	结论
		猜想二正确

【实验结论】铁和水蒸气反应的化学方程式为

 

．
【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe₂O₃，理由是

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,常见气体的检验与除杂方法,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：实验探究铁粉与水蒸气反应，当然需要H₂O作为反应物；有爆鸣声、密度小，说明该气体是H₂；能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一Fe与Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，所以猜想二是Fe₃O₄；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．根据“高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体”和猜想，书写化学方程式；熟记常用物质的性质：如Fe₂O₃红棕色粉末．

解答：解：（1）根据图和“高温下，铁与水蒸气能反应”，可知试管尾部放一团湿棉花的目的是提供水蒸气；
（2）用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空中．说明生成的气体具有可燃性、密度小于空气，再根据反应物为“铁与水蒸气”，则是H₂；
【猜想与假设】能被磁铁吸引的只有Fe与Fe₃O₄，则猜想一Fe与Fe₃O₄；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe₃O₄；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．
【实验探究】根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：取少量剩余固体于试管中，向其中滴加足量稀盐酸；固体全部溶解，没有产生气泡；

实验操作	实验现象	结论
取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸	若固体全部溶解，没有气泡冒出	猜想二正确

【实验结论】铁和水蒸气在高温的条件下反应生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
【反思与交流】该黑色固体不可能是Fe₂O₃，理由是：Fe₂O₃红棕色粉末且不能被磁铁吸引．
故答案为：（1）提供水蒸气；
（2）H₂；
【猜想与假设】猜想二：Fe₃O₄；
【实验探究】取少量剩余固体于试管中，向其中滴加足量稀盐酸；固体全部溶解，没有产生气泡；

实验操作	实验现象	结论
取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸	若固体全部溶解，没有气泡冒出	猜想二正确

【实验结论】3Fe+4H₂O

高温  .

4H₂+Fe₃O₄；
【反思与交流】Fe₂O₃为红棕色．

点评：本题考查铁及其化合物的性质实验，题目难度较大，注意利用题目中的信息进行书写化学方程式．