鐵與水蒸氣反應的實驗探究

■王曉波 馮 杰

鐵及其化合物是高考中的重點和難點,現通過實驗對其特性和相關計算進行剖析。

實驗:某同學利用圖1 所示的裝置進行鐵與水蒸氣反應的實驗探究。通過對實驗現象和實驗數據的定性分析與定量計算,確定反應后硬質玻璃管中固體物質的成分及各組分的質量。

①待硬質玻璃管冷卻后,取少許其中的固體物質溶于稀硫酸中,得到溶液B。

②取少量溶液B 于試管中,滴加KSCN溶液,若溶液變紅色則說明硬質玻璃管中固體物質的成分是(只有一個選項符合題意)____,若溶液未變紅色則說明硬質玻璃管中固體物質的成分是(只有一個選項符合題意)

____。

在硬質玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物,通入水蒸氣并加熱,就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣反應的實驗探究”(石棉絨是耐高溫材料,不與水反應)。反應一段時間后,當有肥皂泡吹起時,用點燃的火柴靠近肥皂泡,會有肥皂泡爆破,并有爆鳴聲,說明“鐵與水蒸氣”能夠進行反應。依據實驗現象和元素及其化合物知識,確定鐵與水蒸氣反應的產物及對應的化學方程式。

(1)某同學欲確定反應一段時間后硬質玻璃管中固體物質的成分,為進行定性分析設計了如下驗證方案:

A.一定有Fe3O4,可能有Fe

B.一定有Fe3O4和Fe

C.只有Fe3O4

(2)為了進一步驗證反應后硬質玻璃管中固體物質的組成,提出如下假設:

假設1:只有Fe。

假設2:只有_____(填寫化學式)。

假設3:既有Fe也有Fe3O4。

為了進一步驗證反應后硬質玻璃管中固體物質的成分,該同學進行了定量研究。稱量反應前后固體物質的質量,反應前固體物質的質量為5.6g,反應后固體物質的質量為6.6g,根據實驗數據分析,計算反應后硬質玻璃管中固體物質的組成及質量分別為_____、____(填寫化學式和對應物質的質量)。

(1)將少許固體物質溶解在

稀硫酸溶液中,滴加KSCN 溶液,若溶液變紅,說明溶液中一定存在Fe3+,若溶液未變紅色則說明溶液中沒有Fe3+。Fe3O4與稀硫酸反應,其產物既有Fe3+也有Fe2+,倘若存有Fe,Fe3+會與Fe發生氧化還原反應:Fe+2Fe3+3Fe2+。如果Fe不能把溶液中所有的Fe3+還原為Fe2+,溶液中剩余的Fe3+遇到SCN-發生絡合反應生成Fe(SCN)3絡合物,使溶液呈現紅色;如果Fe能把溶液中所有的Fe3+還原為Fe2+,溶液中不再存在Fe3+,即使滴加KSCN 溶液,溶液也不會變紅色。進而確定Fe與水蒸氣反應為3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2。

(2)這類題型命題者均以三種假設出現,給定兩種假設,讓考生填寫另外一種假設。但接下來的定量分析和計算卻讓考生難以應對,現就這類題型用以下三種方法進行闡釋和解析。

答案:(1)A B

(2)只有Fe3O4Fe3O43.625g Fe2.975g

實驗分析和假設例證類題型是高考中的高頻考點。運用一題多解的做法,不僅能熟練掌握基礎知識,而且還能拓寬思維和解題方法,增強答題技巧與思考能力,在學會的基礎上加深理解記憶,最終達到靈活運用。特別是實驗綜合類題目的探究性問題,在推斷出其成分的前提下進一步確定各個組分的具體數值和比例會讓問題更加清晰透徹,更有助于培養同學們的深度學習和思考習慣,形成良好的思考力和學習力。在知識積累、能力提升和素質養成的過程中,逐步培植正確的核心價值觀。