铁与水蒸气反应的实验探究

■王晓波 冯 杰

铁及其化合物是高考中的重点和难点,现通过实验对其特性和相关计算进行剖析。

实验:某同学利用图1 所示的装置进行铁与水蒸气反应的实验探究。通过对实验现象和实验数据的定性分析与定量计算,确定反应后硬质玻璃管中固体物质的成分及各组分的质量。

①待硬质玻璃管冷却后,取少许其中的固体物质溶于稀硫酸中,得到溶液B。

②取少量溶液B 于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变红色则说明硬质玻璃管中固体物质的成分是(只有一个选项符合题意)____,若溶液未变红色则说明硬质玻璃管中固体物质的成分是(只有一个选项符合题意)

____。

在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物,通入水蒸气并加热,就可以完成高温下“Fe与水蒸气反应的实验探究”(石棉绒是耐高温材料,不与水反应)。反应一段时间后,当有肥皂泡吹起时,用点燃的火柴靠近肥皂泡,会有肥皂泡爆破,并有爆鸣声,说明“铁与水蒸气”能够进行反应。依据实验现象和元素及其化合物知识,确定铁与水蒸气反应的产物及对应的化学方程式。

(1)某同学欲确定反应一段时间后硬质玻璃管中固体物质的成分,为进行定性分析设计了如下验证方案:

A.一定有Fe3O4,可能有Fe

B.一定有Fe3O4和Fe

C.只有Fe3O4

(2)为了进一步验证反应后硬质玻璃管中固体物质的组成,提出如下假设:

假设1:只有Fe。

假设2:只有_____(填写化学式)。

假设3:既有Fe也有Fe3O4。

为了进一步验证反应后硬质玻璃管中固体物质的成分,该同学进行了定量研究。称量反应前后固体物质的质量,反应前固体物质的质量为5.6g,反应后固体物质的质量为6.6g,根据实验数据分析,计算反应后硬质玻璃管中固体物质的组成及质量分别为_____、____(填写化学式和对应物质的质量)。

(1)将少许固体物质溶解在

稀硫酸溶液中,滴加KSCN 溶液,若溶液变红,说明溶液中一定存在Fe3+,若溶液未变红色则说明溶液中没有Fe3+。Fe3O4与稀硫酸反应,其产物既有Fe3+也有Fe2+,倘若存有Fe,Fe3+会与Fe发生氧化还原反应:Fe+2Fe3+3Fe2+。如果Fe不能把溶液中所有的Fe3+还原为Fe2+,溶液中剩余的Fe3+遇到SCN-发生络合反应生成Fe(SCN)3络合物,使溶液呈现红色;如果Fe能把溶液中所有的Fe3+还原为Fe2+,溶液中不再存在Fe3+,即使滴加KSCN 溶液,溶液也不会变红色。进而确定Fe与水蒸气反应为3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。

(2)这类题型命题者均以三种假设出现,给定两种假设,让考生填写另外一种假设。但接下来的定量分析和计算却让考生难以应对,现就这类题型用以下三种方法进行阐释和解析。

答案:(1)A B

(2)只有Fe3O4Fe3O43.625g Fe2.975g

实验分析和假设例证类题型是高考中的高频考点。运用一题多解的做法,不仅能熟练掌握基础知识,而且还能拓宽思维和解题方法,增强答题技巧与思考能力,在学会的基础上加深理解记忆,最终达到灵活运用。特别是实验综合类题目的探究性问题,在推断出其成分的前提下进一步确定各个组分的具体数值和比例会让问题更加清晰透彻,更有助于培养同学们的深度学习和思考习惯,形成良好的思考力和学习力。在知识积累、能力提升和素质养成的过程中,逐步培植正确的核心价值观。