Question

13．某研究性学习小组对教材中的铁与高温水蒸气反应的实验装置图做了如图所示的优化．通过观察硬质玻璃管Ⅱ和干燥管Ⅱ中的现象证明铁与水蒸气发生了反应，用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点火，观察现象．请回答下列问题：
（1）在圆底烧瓶内放入少许碎瓷片，其作用是防止暴沸
（2）写出铁与高温水蒸气反应的化学方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（3）实验时将铁粉与石棉绒混合放在硬质玻璃管Ⅰ中，其原因可能是C（填“A”“B”或“C”）．
A．石棉绒的作用是催化剂
B．石棉绒的作用是使铁粉受热均匀
C．石棉绒的作用是作铁粉的载体以及防止铁粉被吹入导管引起堵塞
（4）酒精灯a和酒精喷灯点燃的顺序是先点燃酒精灯a，后点燃酒精喷灯，原因是用产生的水蒸气将系统内的空气排尽，否则铁与氧气会发生反应．
（5）能证明铁与水蒸气反应的现象是硬质玻璃管Ⅱ中黑色固体变红，干燥管Ⅱ中白色固体变蓝．
（6）试管中收集的气体是氢气，如果要在A处玻璃管处点燃该气体，则必须对该气体进行验纯，方法是用小试管收集一试管的氢气，用手指堵住试管口移近酒精灯，松开手指，若听到“噗”声，表明氢气是纯的，可以点燃．

Answer 1

分析 利用酒精灯加热烧瓶产生水蒸气，进入硬质玻璃管Ⅰ和铁加热发生反应，通过干燥管Ⅰ吸收水蒸气得到干燥的氢气通过硬质玻璃管Ⅱ中的氧化铜反应生成红色铜，干燥管Ⅱ出现白色硫酸铜变化为蓝色硫酸铜晶体证明生成了水，最后收集氢气靠近火焰点火，观察现象，
（1）混合溶液加热为避免加热过程中发生暴沸，加入少许碎瓷片；
（2）铁与高温水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气；
（3）实验时将铁粉与石棉绒混合以及在反应管的两端均放入少量石棉绒主要是防止铁粉被吹入导管而引起堵塞；
（4）空气中的氧气会和金属铁反应，进行金属铁和水蒸气的反应试验，为防止干扰，应该将空气排净；
（5））根据金属铁在高温下可以和水蒸气之间发生反应生成黑色的四氧化三铁和固体和氢气，氢气点燃会产生水蒸气，由此回答；
（6）点燃氢气前一定要检验纯度，防止发生爆炸．

解答 解：（1）加热液体时要防止暴沸，故应加入少量碎瓷片防止暴沸发生，故答案为：防止暴沸；
（2）铁与水蒸气发生氧化还原反应，生成Fe₃O₄和H₂：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（3）实验时将铁粉与石棉绒混合以及在反应管的两端均放入少量石棉绒主要是防止铁粉被吹入导管而引起堵塞；
故选：C；
（4）空气中的氧气会和金属铁反应，进行金属铁和水蒸气的反应试验，为防止干扰，应该将空气排净，产生的水蒸气排净装置中的空气，防止加热铁粉与空气反应
故答案为：先点燃酒精灯a，后点燃酒精喷灯；用产生的水蒸气将系统内的空气排尽，否则铁与氧气会发生反应；
（5）金属铁在高温下可以和水蒸气之间发生反应生成黑色的四氧化三铁和固体和氢气，CuO可以和氢气反应得到红色的金属铜以及水，硬质玻璃管Ⅱ中黑色固体变红，氢气点燃会产生水蒸气，干燥管Ⅱ中白色固体变蓝．
故答案为：硬质玻璃管Ⅱ中黑色固体变红，干燥管Ⅱ中白色固体变蓝；
（6）氢气的爆炸极限是4.0%～75.6%，就是说当氢气的含量在上述范围内的话就会引起爆炸，因此，点燃之前要检验纯度，用试管收集一试管气体，靠近酒精灯火焰，如果发出的声音是“啪”的爆鸣声，则证明产生的氢气不纯（含有氧气），如果是“噗”的声音，则证明是纯净的氢气；防止点燃时，氢气因含有氧气而爆炸，
故答案为：验纯；用小试管收集一试管的氢气，用手指堵住试管口移近酒精灯，松开手指，若听到“噗”声，表明氢气是纯的，可以点燃．

点评 本题考查了物质的制备、物质成分的探究实验，题目侧重于考查学生的实验探究能力，注意把握铁及其化合物的性质，题目难度中等．