Question

【題目】拉瓦錫曾用水蒸氣通過紅熱的鐵制槍管制得氫氣，興趣小組利用下圖裝置研究水蒸氣與鐵的反應。

①取4.2g鐵粉按上圖進行實驗，觀察到A處玻璃管中灰色鐵粉逐漸變黑，B處白色固體變為藍色，B處發生反應的化學方程式為_______，無水硫酸銅的作用是_______；C處可觀察到的現象是___________。

②實驗停止后，同學們對玻璃管中黑色固體的成分進行探究。

【提出猜想】黑色固體是含鐵化合物。

【查閱資料】FeO和Fe3O4是常見的兩種黑色含鐵化合物；

FeO遇空氣會立即變為紅棕色

【進行實驗】將黑色固體平鋪與白紙上，試紙未見紅棕色，可知黑色固體中不含_____。

經稱量，黑色固體為5.8g。

【交流反思】黑色固體中還可能含有鐵粉，繼續探究如下：

（鐵的氧化物均不與硫酸銅溶液反應）

實驗操作	實驗現象	實驗結論
將黑色固體全部倒入燒杯并加入足量硫酸銅溶液。	_________	黑色固體中不含鐵粉

【實驗結論】

Ⅰ水蒸氣與鐵發生反應的化學方程式為_________，該反應____（填“能”或“不能”）證明水是一種化合物。

Ⅱ利用本實驗數據，列式表示黑色固體中鐵、氧原子的物質的量之比_____（不要求計算）。

Answer 1

【答案】 CuSO4+ 5H20=CuSO4·5H20 干燥氫氣 燒杯內有無色小液滴生成，產生淡藍色火焰 FeO 無明顯現象 3Fe + 4H20=4H2↑+Fe3O4 能

【解析】①B處硫酸銅與水發生生成五水硫酸銅，反應的化學方程式為CuSO4+ 5H2O=CuSO4·5H2O；由于水與鐵反應生成鐵的氧化物和氫氣，需要驗證氫氣燃燒生成水，所以無水硫酸銅的作用是干燥氫氣；氫氣燃燒生成水，所以C處可觀察到的現象是燒杯內有無色小液滴生成，產生淡藍色火焰；

②【進行實驗】由于FeO遇空氣會立即變為紅棕色，將黑色固體平鋪與白紙上，試紙未見紅棕色，可知黑色固體中不含FeO；

【交流反思】由于鐵的氧化物均不與硫酸銅溶液反應，鐵與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，所以無明顯現象，證明黑色固體中不含鐵粉；

【實驗結論】

Ⅰ.由分析可知水蒸氣與鐵發生反應生成四氧化三鐵和氫氣，化學方程式為3Fe + 4H2O=4H2↑+Fe3O4，反應中鐵轉化為四氧化三鐵，得到氧元素，同時生成氫氣，說明水中含有氫氧兩種元素，該反應能證明水是一種化合物。

Ⅱ. 4.2g鐵粉中鐵的物質的量為（4.2/56）mol，氧元素的質量為5.8g-4.2g，氧的物質的量為[（5.8-4.2）/16]mol，所以黑色固體中鐵、氧原子的物質的量之比的表達式為。