Question

【題目】納米材料一直是人們研究的重要課題，例如納米級Fe粉表面積大，具有超強的磁性、高效催化性等優良的性質。

Ⅰ.實驗室采用氣相還原法制備納米級Fe，其流程如圖所示：：

（1）納米級Fe和稀鹽酸反應的離子方程式為_____。

（2）如何將FeCl2·nH2O固體加熱脫水制得無水FeCl2：____(用簡要文字描述)。

（3）生成納米級Fe的化學方程式為____。

Ⅱ.查閱資料：在不同溫度下，納米級Fe粉與水蒸氣反應的固體產物不同，溫度低于570℃時生成FeO，高于570℃時生成Fe3O4。甲同學用圖甲所示裝置進行納米級Fe粉與水蒸氣反應的實驗，乙同學用圖乙所示的裝置進行納米級Fe粉與水蒸氣的反應并驗證產物。

（4）甲裝置中納米級Fe粉與水蒸氣反應的化學方程式是_____。

（5）甲裝置中儀器a的名稱為_____。

（6）丁同學稱取5.60gFe粉，用乙裝置反應一段時間后，停止加熱。將試管內的固體物質在干燥器中冷卻后，稱得質量為6.88g，則丁同學實驗后的固體物質中氧化物的質量分數為_____(結果保留三位有效數字)。

Answer 1

【答案】Fe+2H+=Fe2++H2↑ 在干燥的HCl氣流中加熱 FeCl2+H2Fe+2HCl Fe+H2O(g)FeO+H2 蒸發皿 67.4%

【解析】

Ⅰ.（1）鐵和鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣；
（2）FeCl2nH2O固體加熱脫水時，亞鐵離子能水解生成氫氧化亞鐵和氯化氫，為防止水解可以將其在HCl范圍中加熱；
（3）根據流程圖可知，在高溫條件下用氫氣還原氯化亞鐵可得納米級Fe，

Ⅱ.（4）Fe粉與水蒸氣在加熱條件下反應生成FeO和氫氣；
（5）根據儀器的結構和性能確定儀器a的名稱；
（6）鐵和水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，結合固體質量分析判斷生成物成分。

Ⅰ.（1）鐵和鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣，故離子反應方程式為Fe+2H+=Fe2++H2↑；
（2）FeCl2nH2O固體加熱脫水通時，亞鐵離子能水解生成氫氧化亞鐵和氯化氫，為防止FeCl2水解，FeCl2nH2O固體加熱脫水通常要通入干燥的HCl氣體，HCl能抑制FeCl2水解，且通入的HCl氣體可帶走水蒸氣，利于FeCl2nH2O固體脫水，故答案為：在干燥的HCl氣流中加熱；
（3）根據流程圖可知，在高溫條件下用氫氣還原氯化亞鐵可得納米級Fe，反應方程式為 。

Ⅱ. （4）Fe粉與水蒸氣在加熱條件下反應生成FeO和氫氣，方程式為；

（5）甲裝置中儀器a的名稱為蒸發皿，故答案為：蒸發皿；
（6）用乙裝置反應，反應溫度高于570℃，則Fe粉與水蒸氣反應的固體產物為Fe3O4．反應后所得固體的質量為6.88g，其中氧原子的質量為m(O)=6.88g-5.60g=1.28g，則n(O)==0.08mol。由關系式1Fe3O4～4O，可得n（Fe3O4）=0.02mol。所以固體物質中氧化物的質量分數=×100%≈67.4%，故答案為：67.4%。