Question

某实验小组的同学为探究铁及其化合物的性质，进行了如下实验，请按照要求回答下列问题：

（1）甲同学为了探究铁与水是否反应，先向一只试管中加入少量还原铁粉和适量蒸馏水，观察现象；然后再将其加热，观察现象．根据上述实验，得出的结论是

 

．接着他又按如图1所示装置进行实验．图中湿棉花的作用是

 

，试管中发生反应的化学方程式为

 

．
（2）乙同学在一块覆满铜的绝缘板上，用熔化的蜡写了个字，待蜡凝固后，将绝缘板浸没在盛有FeCl₃溶液的小烧杯中，再将小烧杯放入盛有热水的大烧杯中．一段时间后，用镊子取出绝缘板，用水冲洗后除去蜡，发现只有字迹处留有亮红色的铜．实验中热水的作用是

 

，Fe³⁺作

 

剂（填“氧化”、“还原”或“催化”）．
（3）丙同学想利用FeCl₃溶液、铁棒、碳棒、导线、烧杯、电流计（用“”表示），设计一套原电池装置，并验证有电流产生，请帮他在图2方框内补充全装置简图（要求标注正、负极及其材料和电解质溶液名称）．
（4）丁同学利用如图1装置，进行铝热反应的实验．若生成a g铁，至少需要还原剂的物质的量为

 

mol．

Answer 1

分析：（1）铁粉与冷水、热水均不能发生化学反应，铁与水蒸气在高温条件下可以发生反应生成四氧化三铁和氢气，湿棉花在加热时能够提供水蒸气；
（2）石蜡对铜起到保护作用，没被保护的铜浸没在FeCl₃溶液中被Fe³⁺氧化为铜离子，温度升高化学反应速率加快；
（3）自发的氧化还原反应为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，因此铁棒作负极，碳棒作正极，电解质溶液为氯化铁溶液；
（4）由铁的质量求出物质的量，根据Fe₂O₃+2Al

高温  .

Al₂O₃+2Fe求算Al的物质的量．

解答：解：（1）铁粉与冷水、热水均不能发生化学反应，铁与水蒸气在高温条件下可以发生反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+H₂，
湿棉花在加热时能够提供水蒸气，
故答案为：铁不能与冷水、热水反应；为反应提供水蒸气；3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+H₂；
（2）温度升高化学反应速率加快，因此实验中热水的作用是加快化学反应速率，Fe³⁺与Cu发生反应生成铜离子和亚铁离子，离子方程式为：2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，Fe³⁺作氧化剂，
故答案为：加快化学反应速率；氧化；
（3）自发的氧化还原反应为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，因此铁棒作负极，碳棒作正极，电解质溶液为氯化铁溶液，因此装置图为，
故答案为：；
（4）Fe的物质的量为n（Fe）=

ag

56g/mol

=

a

56

mol，根据Fe₂O₃+2Al

高温  .

Al₂O₃+2Fe可知还原剂为Al，而且n（Al）=n（Fe）=

a

56

mol，因此若生成a g铁，至少需要还原剂的物质的量为

a

56

mol，
故答案为：

a

56

．

点评：本题考查Fe与水的实验和换电池装置的设计，涉及化学方程式的书写和依据化学方程式计算、影响化学反应速率的因素等知识，其中原电池的设计是难点，要依据自发的氧化还原反应去分析，发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极．