Question

某同學利用如圖1所示的實驗裝置進行鐵跟水蒸氣反應的實驗，并繼續研究鐵及其化合物的部分性質．

已知：①FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O②Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O ③Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O
請回答下列問題：
（1）硬質試管中發生反應的化學方程式為

3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂

．
（2）該同學欲確定反應一段時間后硬質試管中固體物質的成分，設計了如下實驗方案：
①待硬質試管冷卻后，取少許其中的固體物質溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分是（只有一個選項符合題意）

A

，若溶液未變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分是（只有一個選項符合題意）

C

．
A．一定有Fe₃O₄，可能有Fe    B．只有Fe（OH）₃C．一定有Fe₃O₄和Fe
D．一定有Fe（OH）₃，可能有FeE．只有Fe₃O₄
（3）該同學按上述實驗方案進行了實驗，結果溶液未變紅色，原因是

Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺

（用離子方程式表示）．
（4）該同學馬上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反應．若按圖2所示的操作，可觀察到生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的現象，請寫出與上述現象相關的反應的化學方程式

FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃

．
（5）一段時間后，該同學發現（3）中未變紅的溶液變成紅色，說明Fe²⁺具有

還原

性．由此可知，實驗室中含Fe²⁺的鹽溶液需現用現配制的原因是

Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化而變質

，并且配制含Fe²⁺的鹽溶液時應加入少量

鐵粉

．
（6）乙同學為了獲得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，準備用圖3所示裝置，用不含O₂的蒸餾水配制的NaOH溶液與新制的FeSO₄溶液反應．獲得不含O₂的蒸餾水的方法是

把蒸餾水煮沸

．反應開始時，打開止水夾的目的是

利用鐵粉和稀硫酸反應產生的氫氣排出試管A、B中的空氣，防止Fe（OH）₂被空氣中氧氣氧化

；
一段時間后，關閉止水夾，在試管

B

（填“A”或“B”）中觀察到白色的Fe（OH）₂．

Answer 1

分析：（1）鐵粉與水蒸氣反應產物為四氧化三鐵和氫氣；
（2）產物四氧化三鐵中有+2價的鐵和+3價的鐵，還有可能有過量的鐵；過量的鐵，可能將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子；
（3）Fe²⁺與KSCN溶液不反應；
（4）白色沉淀為氫氧化亞鐵，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，據此寫出相應的化學反應方程式；
（5）Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化，具有還原性，Fe²⁺溶液易水解；
（6）硫酸亞鐵易被氧化而變質，應排除溶液中的氧氣，可用加熱溶液的方法除去溶解氧；A管中產生的氣體通入B管中排盡AB管中的空氣，使AB充滿還原性氣體氫氣，可防止生成的Fe （OH）₂被氧化；試管B中為NaOH溶液，將A中液體壓到B中與其反應．

解答：解：（1）鐵在高溫下與水反應，鐵表現為還原性，水表現出氧化性，生成四氧化三鐵和氫氣，反應方程式為3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O（g） 

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂；  
（2）鐵和水蒸氣反應，產物為四氧化三鐵和氫氣，待硬質試管冷卻后，取少許其中的固體物質溶于稀硫酸得溶液B，一定發生Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃，則說明所得溶液中存在的陽離子是一定有Fe³⁺，一定有Fe₃O₄，可能有過量的鐵；若溶液未變紅色，可能含有過量的鐵，將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，故答案為：A；C；
（3）鐵和水蒸氣反應，產物為四氧化三鐵和氫氣，可能有過量的鐵，固體物質溶于稀硫酸得溶液B，溶液中過量的鐵可能將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子，Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，Fe²⁺與KSCN溶液不反應，所以，該同學按上述實驗方案進行了實驗，結果溶液未變紅色，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）可觀察到生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的現象，說明含有Fe²⁺離子，綜上分析可知，白色沉淀為氫氧化亞鐵，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，所以反應為：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（5）Fe²⁺溶液因為水解和還原性而不易保存，可以加入酸抑制其水解，加入還原性鐵（鐵釘）防止其被氧化，故答案為：還原；Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化而變質；鐵粉；
（6）加熱時氣體的溶解度降低，所以，除去蒸餾水中溶解的O₂常采用加熱煮沸的方法；利用鐵粉和稀硫酸反應產生的氫氣排出試管A、B中的空氣，使A、B充滿還原性氣體氫氣，可排除試管中的氧氣，防止Fe（OH）₂ 被空氣中氧氣氧化，一段時間后，關閉止水夾，試管A中生成的FeSO₄溶液壓到試管B，與試管B中的NaOH溶液反應，生成Fe（OH）₂沉淀，在試管B中觀察到白色的Fe（OH）₂，
故答案為：把蒸餾水煮沸；利用鐵粉和稀硫酸反應產生的氫氣排出試管A、B中的空氣，防止Fe（OH）₂ 被空氣中氧氣氧化；B．

點評：本題主要考查了鐵與水蒸氣的反應以及產物的分析判斷，考查了氫氧化亞鐵的制備，掌握基礎知識是解答的關鍵，本題難度不大．