Question

【题目】某研究性学习小组请你参与“研究铁与水反应所得固体物质的成分、性质及再利用”实验探究，并共同解答下列问题：

图1 图2
（1）探究一：设计如图1所示装置进行“铁与水反应”的实验．
a.硬质玻璃管B中发生反应的化学方程式为 ．
b.反应前A中投放碎瓷片的目的是 ．
c.装置E中的现象是 ．
（2）探究二：设计如下实验方案确定反应后硬质玻璃管B中黑色固体的成分．
a.待硬质玻璃管B冷却后，取少许其中的固体物质溶于后，将所得溶液分成两份．
b.一份滴加几滴KSCN溶液．若溶液变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为（选填序号，下同）；若溶液未变血红色，推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为 ．
①一定有Fe3O4 ②一定有Fe ③只有Fe3O4 ④只有Fe
c.另一份用（填仪器名称）加入 ， 可以证明溶液中存在Fe2+ ．
（3）探究三：设计如下流程（如图2）测定反应后硬质玻璃管B中固体含铁元素的质量分数．
a.试剂b的化学式是 ．
b.计算反应后B装置中铁元素的质量分数为 ．

Answer 1

【答案】
（1）3Fe+4H2O（g） Fe3O4+4H2；防止暴沸；黑色固体变红，右端管壁有水珠
（2）稀硫酸；①；②；胶头滴管；酸性KMnO4溶液溶液褪色
（3）NaOH；77.8%
【解析】解：【探究一】a.硬质管中铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为：3Fe+4H2O（g） Fe3O4+4H2 ， 所以答案是：3Fe+4H2O（g） Fe3O4+4H2；b.液体加热时容易发生暴沸现象，加入碎瓷片的作用是防止暴沸，所以答案是：防止暴沸；c.装置E中发生反应为：H2+CuO Cu+H2O，则反应现象是：黑色固体变红，右端管壁有水珠，所以答案是：黑色固体变红，右端管壁有水珠；【探究二】在验证反应后黑色固体的成分时，检验Fe3+ ， 最佳试剂为KSCN溶液；在确定存在Fe3+时，检验Fe2+ ， 可用酸性KMnO4溶液．由于酸性KMnO4溶液与盐酸发生反应，所以在溶解反应后的黑色固体时，不能用盐酸，也不能用硝酸（因为HNO3可氧化Fe2+），可用稀硫酸，
a.根据分析可知，溶解反应后固体需要用稀硫酸，
所以答案是：稀硫酸；
b.一份滴加几滴KSCN溶液，若溶液变血红色，说明溶液中含有铁离子，则可推断硬质玻璃管B中固体物质的成分为：①一定有Fe3O4；
若溶液未变血红色，则溶液中不存在铁离子，可推断硬质玻璃管B中固体物质中一定存在Fe，即②正确，所以答案是：①；②；c.检验亚铁离子，需要用胶头滴管加入酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则证明溶液中含有亚铁离子，所以答案是：胶头滴管；酸性KMnO4溶液，溶液褪色；【探究三】a.由“红棕色固体”知，该物质为Fe2O3 ， 则FeCl3 Fe（OH）3和NaCl，过滤后加强热生成红棕色固体，则试剂b为NaOH溶液，所以答案是：NaOH；b.氧化铁的质量为：m（Fe2O3）=32g，则氧化铁的物质的量为：n（Fe2O3）= =0.2mol，则含有铁元素的物质的量为：n（Fe）=0.4mol，则反应后B装置中铁元素的质量分数为： ×100%≈77.8%，所以答案是：77.8%．