Question

王老師在用酒精噴燈做“鐵與水蒸氣反應”后，該校高一化學研究性小組同學對得到的黑色固體物質進行了如下實驗：

（1）甲同學認為：該黑色固體為四氧化三鐵．請寫出黑色固體溶于稀鹽酸的化學方程式；
（2）乙同學提出：根據(jù)上述實驗現(xiàn)象甲同學的觀點不可靠，理由是；
（3）深紅色溶液C放置一段時間后，發(fā)現(xiàn)紅色褪去．關于溶液褪色的原因，同學們紛紛猜想：
假設一：氯水有強氧化性，將溶液中的SCN^-氧化；
假設二：空氣中有還原性物質，將

 

；
假設三：氯水有極強的氧化性，將

 

；
基于假設一，為驗證合理與否，可選用試劑：濃硫酸、1.0mol?L^-1 HNO₃、1.0mol?L^-1鹽酸、1.0mol?L^-1 NaOH、0．lmol?L^-1 FeC1₃、0．lmol?L^-1  CuSO₄、20%KSCN、蒸餾水．

實驗操作	預期現(xiàn)象	結論
取少量褪色后的溶液，		說明假設一是合理的

（4）乙同學用酒精燈加熱做鐵與水蒸氣反應的實驗，也得到了黑色固體，它不能被磁鐵吸引，當加入鹽酸溶解該固體時，溶液呈淺綠色，再滴加KSCN溶液不變色．由此她認為生成該固體的化學方程式為

 

．

Answer 1

考點：鐵及其化合物的性質實驗

專題：實驗設計題

分析：（1）四氧化三鐵與鹽酸反應生成氯化鐵和氯化亞鐵、水；
（2）根據(jù)上述實驗現(xiàn)象可以判斷得到的產(chǎn)物中應含有二價鐵、和三價鐵離子，而黑色固體如果為Fe₃O₄和FeO或Fe₃O₄和Fe或Fe₃O₄、FeO和Fe時都能夠保證溶與鹽酸含有二價鐵和三價鐵離子；
（3）顯紅色的是三價鐵離子與硫氰根離子的絡合物，三價鐵具有強的還原性、氯水具有強的氧化性，通過反應消耗三價鐵或者硫氰根離子，據(jù)此解答；
硫氰根離子與三價鐵離子發(fā)生絡合反應，生成血紅色物質，如果假設1成立，則溶液中仍然存在三價鐵離子，重新加入硫氰根離子，又會與三價鐵反應顯血紅色，或者再加入三價鐵離子看溶液是否顯血紅色，證明褪色不是因為三價鐵消耗的原因，據(jù)此解答．
（4）依據(jù)鐵與水蒸氣反應的實驗得到的黑色固體的性質排除三氧化二鐵和四氧化三鐵．

解答： 解：（1）四氧化三鐵與鹽酸反應生成氯化鐵和氯化亞鐵、水，化學方程式為：Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O，
故答案為：Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O；
（2）通過上述實驗現(xiàn)象只能說明生成的物質中同時含有三價鐵和二價鐵，可能的情況有：黑色固體為Fe₃O₄，或者是Fe₃O₄和FeO，或者是Fe₃O₄和Fe，或者是Fe₃O₄、FeO和Fe，幾種情況都有可能；
故答案為：該黑色固體不一定僅僅是Fe₃O₄，當黑色固體為Fe₃O₄和FeO或Fe₃O₄和Fe或Fe₃O₄、FeO和Fe時，也都有上述現(xiàn)象；
（3）顯紅色的是三價鐵離子與硫氰根離子的絡合物，三價鐵具有強的還原性、氯水具有強的氧化性，通過反應消耗三價鐵或者硫氰根離子，所以可能是：氯水有強氧化性，將溶液中的SCN^-氧化；或者是空氣中有還原性物質將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺；或者是溶液中的+3價鐵氧化為更高的價態(tài)；
故答案為：溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺；溶液中的+3價鐵氧化為更高的價態(tài)；
硫氰根離子與三價鐵離子發(fā)生絡合反應，生成血紅色物質，如果假設1成立，則溶液中仍然存在三價鐵離子，重新加入硫氰根離子，又會與三價鐵反應顯血紅色，或者再加入三價鐵離子看溶液是否顯血紅色，證明褪色不是因為三價鐵消耗的原因，
故答案為：

實驗操作	預期現(xiàn)象	只答對其中一方面均可得分
取少量褪色后的溶液，滴加20%KSCN溶液（2分）	如果溶液變紅色（2分）
或取少量褪色后溶液，加入0.1mol?L-1FeCl3溶液	或如果溶液不變紅色

（4）根據(jù)題干可知鐵與水蒸氣反應生成的物質為黑色固體、且不能被磁鐵吸引，排除三氧化二鐵和四氧化三鐵，當加入鹽酸溶解該固體時，溶液呈淺綠色，再滴加KSCN溶液不變色，說明該物質中含有的鐵為二價鐵，所以鐵與水蒸氣反應生成的是氧化亞鐵和氫氣，化學方程式為：Fe+H₂O=FeO+H₂；
故答案為：Fe+H₂O=FeO+H₂．

點評：本題考查了鐵及其化合物性質，明確二價鐵離子與三價鐵離子的性質及檢驗的方法是解題關鍵，側重學生對實驗方案設計及評價，題目難度中等．