Question

在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应,可以得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应,生成颗粒很细的铁粉。这种铁粉具有很高的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称“引火铁”。请分别用下图中示意的两套仪器装置,制取上述铁的氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6 mol·L^-1的盐酸,其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)。

图1               图2
填写下列空白:
(1)实验进行时试管A中应加入的试剂是;烧瓶B的作用是______________________;烧瓶C的作用是______________________;在试管D中收集得到的是
____________________________。
(2)实验时,U形管G中应加入的试剂是___________;长颈漏斗H中应加入___________。
(3)两套装置中,在实验时需要加热的仪器是(填该仪器对应的字母) ___________。
(4)烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液,其目的是__________________________。
(5)试管E中发生反应的化学方程式是______________________________________________。
(6)为了安全,在E管中的反应发生前,在F出口处必须___________;E管中的反应开始后,在F出口处应___________。

Answer 1

(1)普通铁粉(或铁粉) 作为水蒸气发生器(或用来产生水蒸气) 防止水倒吸(或用作安全瓶) 氢气
(2)固体NaOH(或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂)  6 mol·L^-1 HCl
(3)A、B、E
(4)加快氢气产生的速度
(5)Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O
(6)检验氢气的纯度 点燃氢气

首先明确本题涉及3个反应，
即普通铁粉的高温氧化：
3Fe+4H₂OFe₃O₄+4H₂
F₃O₄的热还原：Fe₃O₄+4H₂3Fe+4H₂O
6 mol·L^-1盐酸与较活泼金属(如锌)制备上述反应所需的还原剂氢气：
Zn+2HCl====ZnCl₂+H₂↑
题目给出了两个装置图，图(1)内有生成物排水取气的装置。图(2)内则有发生氢气的装置。因此，前者为制取Fe₃O₄的装置，后者为制取“引火铁”的装置。
试管A里装入的试剂是普通铁粉，烧瓶B的作用是制水蒸气，烧瓶C的作用是作为安全瓶防止水槽内的冷水倒吸，收集到试管D内的气体是氢气。
如果把烧瓶C作为水蒸气的发生装置(试管A中的长导管有迷惑作用)，则反应中生成的氢气无法排出，这样一来，一方面使化学平衡不利于由铁转变为Fe₃O₄反应的进行，另一方面将使A、B两容器内压强过高而引起爆炸事故。
在图(2)中，由于盐酸较浓，与活泼金属反应所产生的氢气中会带有部分盐酸酸雾，如不除去则会跟Fe₃O₄发生反应，所以U形管中应该用固体氢氧化钠或氧化钙、碱石灰等碱性干燥剂，以除去酸雾。6 mol·L^-1盐酸应从长颈漏斗中加入作为气体发生器的烧瓶内，烧瓶B是水蒸气发生器，为将其中的水变为水蒸气需要加热，普通铁粉被水蒸气氧化需在高温下进行，Fe₃O₄被氢气还原需在加热条件下进行，所以A、B、E都要加热。
在烧瓶I中加入硫酸铜溶液，形成原电池，增大生成氢气的反应速率。
为安全起见，进入试管内的氢气必须验纯，自导管F逸出的氢气应燃烧掉或导出室外，以免与室内空气形成爆炸混合物。