Question

【題目】在高溫下，鐵與水蒸氣能發生反應生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體。某興趣小組請你參與研究：鐵與水蒸氣反應一段時間后剩余固體物質的成分、性質和利用。實驗裝置如下圖所示(夾持儀器略)

（推斷） 觀察到D中的黑色固體變紅，則B中生成的氣體是_______；

（實驗探究） B裝置中的剩余固體是什么？

（查閱資料）(1)碎瓦石能防止爆沸，堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物；

(2)鐵的氧化物中，只有Fe2O3是紅棕色，其余均為黑色，只有Fe3O4能被磁鐵吸引；

（初步探究） B裝置中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引

（猜想和假設）

猜想一：剩余固體是Fe3O4；

猜想二：剩余固體是___________；

（實驗探究）

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸；	____________	則猜想二正確

（實驗結論）鐵與水蒸氣反應的化學方程式為_________________________________。

（成分再利用）若將B裝置中剩余的黑色固體ag，經過一系列轉化，全部變為紅棕色固體Fe2O3(假設轉化過程中鐵元素無損耗)，增加的質量為x，則x的取值范圍為_____________。(用a來表示，精確到0.01)

Answer 1

【答案】 氫氣 Fe 和 Fe3O4 固體全部溶解，并有氣泡冒出 Fe+4H2O══Fe3O4+4H2 0.03a≤ x< 0.43a

【解析】（1）觀察到D中黑色固體變紅，則B中生成的氣體具有還原性，再根據反應物為“鐵與水蒸氣”，所以該氣體是氫氣；（2）【猜想與假設】能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe3O4，則猜想一Fe3O4；又不可能只有Fe沒有其他反應產物，猜想二是Fe與Fe3O4；驗證猜想一與猜想二，關鍵是否含有Fe，故猜想二：剩余固體是：Fe與Fe3O4；【實驗探究】根據鐵與稀鹽酸反應產生氣體，進行設計實驗：若固體全部溶解，有氣泡冒出，則猜想二正確；【實驗結論】根據“在高溫下，鐵與水蒸氣能發生反應生成一種常見的鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，所以鐵和水蒸氣反應會生成四氧化三鐵和氫氣，化學方程式為：3Fe+4H2OFe3O4+4H2；（3）假設黑色固體全是鐵，則

3Fe-----Fe2O3 質量增加

112 160 48

ag x

則x=0.43a

假設黑色固體全部是四氧化三鐵，則

2Fe3O4------3Fe2O3 質量增加

464 480 16

ag x

則x=0.03a，根據猜想，所以x的取值范圍為0.03a≤x<0.43a。