《2025年赢在微点化学》

在常温下，Fe与水几乎不反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应。如图所示（部分装置略），在B中放入还原性铁粉和棉绒的混合物，加热，通入水蒸气，就可以完成高温下Fe与水蒸气的反应等实验。回答下列问题：

（1）装置A的作用是______。
（2）B中发生反应的化学方程式为______。
（3）实验中应先点燃酒精灯a，再点燃酒精喷灯，可能的原因是______。
（4）实验中观察到E中的现象是______，F中的现象是______。
（5）若甲同学称取16.8 g铁粉放于B中，在高温下反应一段时间后，停止加热，冷却后称得固体质量为20.0 g，则实验后的固体物质中氧化物的质量为______ g。

答案：
(1)为B中的反应提供水蒸气　
(2)$3Fe + 4H_{2}O(g)\stackrel{高温}{=\!=\!=}Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}$　
(3)防止铁粉在加热条件下被装置中的空气氧化　
(4)黑色氧化铜变红　无水硫酸铜变蓝　
(5)11.6
解析　
(1)A为水蒸气的产生装置，为B中的反应提供水蒸气。
(2)B中发生铁与水蒸气的反应$3Fe + 4H_{2}O(g)\stackrel{高温}{=\!=\!=}Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}$。
(3)加热时铁能与氧气反应，故实验中应先点燃酒精灯a，再点燃酒精灯b。
(4)E中的CuO被$H_{2}$还原为Cu，同时产生水，则E中可观察到黑色氧化铜变红，F中无水硫酸铜变蓝。
(5)16.8g铁粉与水蒸气反应后得到固体20.0g，可使用差量法计算生成氧化物$(Fe_{3}O_{4})$的质量。
设实验后的固体物质中氧化物的质量为x
$3Fe + 4H_{2}O(g)\stackrel{高温}{=\!=\!=}Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}$ $\Delta m$
$56×3$ 232 64
x $20.0g - 16.8g$
$\frac{232}{64}=\frac{x}{20.0g - 16.8g}$，解得$x = 11.6g$。

1. 铁片投入下列溶液后，金属片质量减少，但无气体产生的是 （ ）
A. 冷的浓硝酸
B. Cu(NO₃)₂溶液
C. 稀硫酸
D. Fe(NO₃)₃溶液

答案： 1.D　解析　A项中铁片在浓硝酸中钝化，金属片质量不会减少；B项中铁与$Cu(NO_{3})_{2}$溶液发生置换反应，金属片质量增加；C项中有气体产生。

2. 5.6 g铁粉与一定量的硫黄混合，在空气中加热发生剧烈反应，冷却后用足量的盐酸溶解反应后的残留固体，产生了2.0 L气体（标准状况下），通过分析可知其小于应生成的气体量，其最可能的原因是 （ ）
A. 硫黄量不足
B. 生成了FeS
C. 生成了Fe₂S₃
D. 有部分Fe被空气中的氧气氧化了

答案： 2.D　解析　当此混合物反应完全后，加入足量的盐酸时，如果铁过量，1mol铁对应1mol氢气，如果硫黄过量，硫化亚铁与盐酸反应，1mol硫化亚铁对应1mol硫化氢气体，故5.6g铁反应，对应的气体为2.24L(标准状况下)，但是实际产生的气体体积偏小，可能原因是部分Fe被空气中的氧气氧化了。

3. 把22.4 g铁粉完全溶解于某浓度的硝酸中，如反应只收集到0.3 mol NO₂和0.2 mol NO，下列说法正确的是 （ ）
A. 反应后生成的盐只有Fe(NO₃)₃
B. 反应后生成的盐只有Fe(NO₃)₂
C. 反应后生成的盐为Fe(NO₃)₃和Fe(NO₃)₂，其物质的量之比为1∶3
D. 反应后生成的盐为Fe(NO₃)₃和Fe(NO₃)₂，其物质的量之比为3∶1

答案： 3.C　解析　由于铁的物质的量为$\frac{22.4g}{56g\cdot mol^{-1}} = 0.4mol$，所以在反应的过程中它失去的电子的物质的量应介于0.8mol(此时只产生$Fe^{2+}$)和1.2mol(此时只产生$Fe^{3+}$)之间，由于产生0.3mol$NO_{2}$和0.2molNO，即反应过程中硝酸得到的电子的物质的量为$0.3mol×(5 - 4)+0.2mol×(5 - 2)=0.9mol$，所以对应的产物既有$Fe(NO_{3})_{3}$又有$Fe(NO_{3})_{2}$，设前者的物质的量为x，后者的物质的量为y，则由铁原子守恒可得$x + y = 0.4$，由得失电子守恒得$3x + 2y = 0.9mol$，解得$x = 0.1mol$，$y = 0.3mol$。

4. 向含a g HNO₃的稀溶液中加入b g铁粉，充分反应后铁粉全部溶解。已知有$\frac{a}{4}$ g HNO₃被还原，则a∶b不可能是 （ ）
A. 2∶1
B. 17∶4
C. 4∶1
D. 9∶2

答案： 4.A　解析　满足条件的反应为
$Fe + 4HNO_{3}(稀)=\!=\!=Fe(NO_{3})_{3} + NO\uparrow + 2H_{2}O$ ①
$3Fe + 8HNO_{3}(稀)=\!=\!=3Fe(NO_{3})_{2} + 2NO\uparrow + 4H_{2}O$ ②
满足方程①的$a:b=(4×63):56 = 9:2$，
满足方程②的$a:b=(8×63):(3×56)=3:1$。
介于方程①②之间即$3\leqslant\frac{a}{b}\leqslant4.5$的都行。A项不可能。