铁与水蒸气反应圆底烧瓶中为什么加碎瓷片
本实验需要水沸腾产生水蒸气,而实验室加热液体时要么不断搅拌,要么加沸石,即常用的碎石片,否则会造成液体暴沸,对于封闭体系这是很危险的.
其实,液体沸腾过程中会产生气泡,在光滑的圆底烧瓶中,缺少液体气化中心,会在液面下产生较大压力,达到一定程度就会以大气泡的形式冒出来,这与我们生活经验一致.所以需要加入粗糙并且内部存有空气的碎瓷片充当气化中心,让液体沸腾时产生小气泡,沸腾变得温和,否则大气泡可能冲出密闭仪器,造成事故.
需要注意的是,用过的碎瓷片是不能再用的,因为其内部的空气在加热时放出,冷却时又吸入液体,这样的此片是不能作为气化中心的.
（1）3Fe+4H 2 O(g) Fe 3 O 4 +4H 2 ↑；（2）将玻璃管口A处没入水中，加热烧瓶底部，如果能够观察到没入水中的玻璃管口有气泡产生，且停止加热后，玻璃管内能倒吸形成一段不回落的稳定水柱，则表明该套装置气密性良好。（3）为硬质玻璃管内Fe与水蒸气的反应实验提供持续不断的水蒸气；防止爆沸。（4）防止先点燃酒精喷灯所导致的Fe与O 2 的反应。（5）无水硫酸铜（等干燥剂）。（6）验纯；防止点燃时，因氢气中含有氧气而爆炸。
故答案为：防止暴沸；；
（2）A处圆底烧瓶不能直接用酒精灯加热，加热时需要垫石棉网，水蒸气和铁粉在高温条件下才能发生反应，B处缺少加热装置，
故答案为：A处圆底烧瓶未垫石棉网直接加热；B处缺加热装置；
（3）装置B中铁粉与水蒸气在高温下发生反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学方程式为3Fe+4H2O（g）
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故答案为：3Fe+4H2O（g）
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| （1） （2）防止暴沸 （3）黑色固体变红，右端管壁有水珠 （4）稀硫酸 （5）① ② （6）胶头滴管 酸性KMnO 4 溶液，溶液褪色 （7）NaOH （8）77.8% |
| 【探究一】（1）Fe与水反应的化学方程式为： 3Fe+4H 2 O（g） Fe 3 O 4 +4H 2 。 （2）碎瓷片的作用是防止暴沸。 （3）装置E中发生反应：H 2 +CuO Cu+H 2 O，现象是：黑色固体变红，右端管壁有水珠。 【探究二】在验证反应后黑色固体的成分时，检验Fe 3+ ，最佳试剂为KSCN溶液；在确定存在Fe 3+ 时，检验Fe 2+ ，可用酸性KMnO 4 溶液。由于酸性KMnO 4 溶液与盐酸发生反应，所以在溶解反应后的黑色固体时，不能用盐酸，也不能用硝酸（因为HNO 3 可氧化Fe 2+ ），可用稀硫酸。 【探究三】由“红棕色固体”知，该物质为Fe 2 O 3 ，则 和NaCl及过量 ，所以试剂b为NaOH溶液。m（Fe 2 O 3 ）="32" g,则n（Fe 2 O 3 ）="0.2" mol,则n（Fe）="0.4" mol,则反应后B装置中铁元素的质量分数为： ×100%≈77.8%。 |
（1）铁在高温下与水反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为：3Fe+4H 2 O（g）
故答案为：3Fe+4H 2 O（g）
（2）水的沸点为100℃，较低，反应前A中投放碎瓷片的目的是防止A中水暴沸， 故答案为：防止A中液体暴沸； （3）铁和水蒸气反应，产物为四氧化三铁和氢气，当实验时，B中灰色的铁粉变为黑色，黑色固体中可能含有过量的铁，取B中的固体物质少量，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液．溶液颜色无明显变化，说明在溶液中Fe 3+ 被未反应的铁粉完全还原， 故答案为：在溶液中Fe 3+ 被未反应的铁粉完全还原； （4）实验开始时，打开K 1 ．K 2 ，关闭K 3 ，使反应先进行一段时间之后，在X口点燃收集到的气体，不纯的氢气在点燃时会有爆鸣声，爆鸣声说明有氢气生成，即可说明“铁与水蒸气”能够进行反应，可燃性的气体点燃前须验纯；当收集到半瓶气体时，停止加热，关闭K 1 ，若要使H 2 顺利逸出而进行点燃实验，须关闭K 1 ，打开K 2 ，连续轻轻排挤压塑料矿泉水瓶，使氢气缓缓逸出， 故答案为：氢气的验纯；关闭K 1 ，打开K 2 ，连续轻轻排挤压塑料矿泉水瓶，使氢气缓缓逸出； （5）原装置使用干燥管是干燥氢气中的水蒸气，含未反应的大量水蒸气的氢气经过替代装置时，大量水蒸气被瓶中的水冷凝，相当于原装置使用干燥管， 故答案为：未反应的大量水蒸气被瓶中的水冷凝． |
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（2）中学阶段检查装置气密性常用方法有两种：一种是利用热胀冷缩原理，另一种是利用气压原理．气压原理一般只有涉及到液体时才能用得到，这里显然是利用热胀冷缩原理．利用热胀冷缩原理时要注意步骤一定要完整，既要证明“热胀”，也要证明“冷缩”，
故答案为：在玻璃管口A处接一段乳胶管，乳胶管头上连一段玻璃管，并将管口没入水中，用酒精灯火焰微热烧瓶底部，如果能够观察到没入水中的玻璃管口有气体逸出，停止加热后，玻璃管内有水柱上升，且较长时间水柱不回落，则标明该套装置气密性良好；
（3）因为反应物为水蒸气与铁，所以这里加热的目的就是提供水蒸气，烧瓶底部应事先放置碎瓷片，放碎瓷片的目的是防止沸腾事故发生，
故答案为：为实验提供水蒸气；防止暴沸；
（4）点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响，在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应该先点燃酒精灯，
故答案为：先点燃酒精灯，产生水蒸气后再点燃酒精喷灯；防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应；
（5）干燥管中盛装是的物质是碱石灰，作用是除去反应产生的氢气中的水蒸气，故答案为：碱石灰；除去反应产生的氢气中的水蒸气；
（6）氢气的爆炸极限是4.0%～75.6%，就是说当氢气的含量在上述范围内的话就会引起爆炸，因此，点燃之前要检验纯度．
故答案为：氢气；验纯；用试管收集一试管气体，靠近酒精灯火焰，如果发出的声音是“啪”的爆鸣声，则证明产生的氢气不纯（含有氧气），如果是“噗”的声音，则证明是纯净的氢气；防止点燃时，氢气因含有氧气而爆炸．
实验室主要用以下两款装置来完成该实验。
铁粉在高温下与水蒸气反应：
脱脂棉用水浸湿后挤干，塞入试管底部，脱脂棉厚度1～2cm，铁粉1g,铁粉中心至棉花外沿距离为2cm。加热至试管壁上有细小的水滴时，将导气管伸入盛有洗涤剂液的培养皿中吹泡，当有大量气泡时，停止吹气泡。用点燃的火柴靠近气泡，有爆鸣声。
结论：高温条件下，铁粉和水蒸气反应生成氢气。
反应的方程式如下：
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故答案为：3Fe+4H2O（g）
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（2）因为反应物为水蒸气与铁，所以这里加热的目的就是提供水蒸气，烧瓶底部应事先放置碎瓷片，放碎瓷片的目的是防止沸腾事故发生，
故答案为：提供反应的水蒸气； 防止爆沸；
（3）水蒸气在硬质管中与铁粉反应生成氢气，A用于收集氢气，氢气的爆炸极限是4.0%～75.6%，就是说当氢气的含量在上述范围内的话就会引起爆炸，因此，点燃之前要检验纯度．故答案为：H2；验纯．
| （1）3Fe+4H 2 O(g) Fe 3 O 4 +4H 2 ；（2）检查装置的气密性，酒精灯，酒精喷灯； （3）为实验提供水蒸气，碎瓷片，防止暴沸，碱石灰（合理答案也给分）；（4）KSCN，溶液变红色（其他合理答案也给分）。 |
| 试题分析：（1）高温下，铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为3Fe+4H 2 O(g) Fe 3 O 4 +4H 2 ；（2）实验前必须对整套装置进行的操作是检查装置的气密性，实验开始时，要先排尽装置中的空气，应先点燃酒精灯，实验结束时，应是产物在水蒸气中冷却，应先熄灭酒精喷灯； （3）圆底烧瓶中盛有水，该装置受热后的主要作用是为实验提供水蒸气；烧瓶里应事先放置碎瓷片，其作用是防暴沸；干燥管中盛装的物质是碱石灰。（4）考查Fe 3+ 的检验；待硬质玻璃管冷却后，取少许其中的固体物质溶于稀硫酸得溶液B，取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液变红色，则说明溶液B中含有Fe 3+ 。 |
铁与水的反应之一
【原理】3Fe+4H2O＝Fe3O4+4H2↑
【用品】烧瓶、水槽、电热丝、铁粒、玻璃管、磁环、导线
【操作】本实验装置、主要由250—500mL的烧瓶和水槽构成。在此烧瓶中倒入约1／2体积的水并插入套有绝缘瓷环的螺旋状电热丝2，在电热丝螺旋内加入一些活性铁粒。电热丝的一端与套有玻璃管1的铜导线相接；另一端与带有瓷环的导线相接。玻璃管、磁环等是为了使导线和电热丝不与烧瓶内壁接触而设的。两根导线穿过瓶塞之后，与电源相接。为了调节电流，电源线路中要接调压变压器。
通过调压变压器向电热丝通电，使电热丝在水中要呈灼热状态。当水强烈沸腾时，放出的蒸汽进入导管，并在导管内冷凝。该导管的一端伸入水槽内的水中。采用排气取气法用试管收集氢气。当收集两、三试管气体之后，用一般方法检验是否为氢气。
【结论】使试管口移近火焰，点燃已收集的气体，听到试管口有“噗”的响声，说明是氢气。
铁跟水反应之二
红热的（570℃以上）铁跟水蒸气相互接触，会使玻璃容器发生炸裂。为此，笔者采取了下面实验方法，效果很好。
【原理】
3Fe+4H2O＝Fe3O4+4H2
【用品】
2.2×30cm无缝铁管一根；30cm长的光亮细铁丝一根；4号胶塞两个；水槽一个；酒精灯和酒精喷灯各一盏；铁架台、铁夹、十字夹各一个，此外还有玻璃管、橡胶管和水等。
【操作】
1．在一个胶塞上安装玻璃导管，在另一个胶塞的中心插入一根30cm长的光亮细铁丝，并在距胶塞小头端约18cm处弯曲成直径比铁管内径略小的铁丝团。
2．在铁管的一端用带有细铁丝团的胶塞塞实，将铁管倾斜着用十字夹和铁夹固定在铁架台上（如图所示），从上口向铁管内注入30mL沸水，用带有玻璃导管的胶塞将铁管上口塞紧。
3．先点酒精灯，加热铁管内的水，当产生的水蒸气将铁管内的空气排尽时，点燃酒精喷灯，加热铁管内的铁丝团。
4．用排水集气法收集气体。
【结论】
1．加热10min后可收集半试管的气体。使试管口移近火焰，可听到“噗”的响声，说明是氢气。
2．停止加热，取下细铁丝团，可观察到光亮的铁丝团表面变黑，说明铁丝表面生成了四氧化三铁。
【备注】
1．铁管内的铁丝团不要和水相互接触。
2．酒精灯和酒精喷灯加热的部位要准确。
