Question

目前，鐵是使用最廣泛的金屬之一，已知在高溫下，Fe與水蒸氣可發生反應。 
應用下列裝置，在硬質玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，加熱，并通入水蒸氣，就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣的反應實驗”。

請回答下列的問題。
鐵在周期表中的位置是_______
請寫出該反應的化學方程式：                                       ；
（3）曾利用鋁和鐵的氧化物反應原理來焊接鋼軌，該反應的化學方程式為             
（4）現有鐵和鉑組成的合金共a mol，其中Pt的物質的量分數為x，研成粉末狀后全部投入含bmol HNO₃的稀溶液中，使其充分反應，且HNO₃的還原產物只有NO。試回答下列問題：
①隨HNO₃用量的增加，溶液中的金屬離子和殘留固體的成分依次有四種情況，請用粒子符號填寫下表空白：

	①	②	③	④
溶液中的金屬離子		Fe2+
殘留固體成分	Fe、Pt		Pt	Pt

 
②當x="0.5" ，且溶液中Fe³⁺與Fe²⁺和物質的量相等，在標準狀況下共產生112mLNO。
則a =          ，b =             ，

Answer 1

（1）第四周期，第Ⅷ 族      (1分)
（2）3Fe+4H₂O(g)Fe₃O₄+4H₂   (2分)
（3）2Al+Fe₂O ₃Al₂O₃ + 2Fe  (2分)     (答案合理即給分)
（4）①(2分)

	①	②	③	④
溶液中的金屬離子	Fe2+	Fe2+	Fe2+ Fe3+	Fe3+
殘留固體成分	Fe、Pt	Pt	Pt	Pt

②a =0.012，b = 0.02              (2分)

試題分析：（1）Fe在元素周期表中位于第四周期，第Ⅷ 族。
（2）Fe與H₂O（g）反應生成Fe₃O₄和H₂，化學方程式為：3Fe+4H₂O(g) Fe₃O₄+4H₂
（3）鋁和鐵的氧化物反應原理來焊接鋼軌，化學方程式為：2Al+Fe₂O ₃Al₂O₃ + 2Fe 
（4）①因為有Fe剩余，所以溶液含有Fe²⁺；隨著HNO₃的增多，Fe全部反應，固體只有Pt；再增加HNO₃，部分Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，溶液含有Fe²⁺和Fe³⁺；HNO₃達到足量，全部轉化為Fe³⁺。
②溶液中Fe³⁺與Fe²⁺和物質的量相等，設Fe²⁺的物質的量為nmol，則Fe³⁺也為nmol，根據氧化還原反應電子守恒可知：2n+3n=0.112L÷22.4L/mol×3，得n=0.003mol，Fe²⁺、Fe³⁺均為0.003mol，Pt的物質的量分數為x=0.5，則Pt的物質的量為0.006mol，所以a=0.003mol+0.003mol+0.006mol=0.012mol；HNO₃反應后轉化為Fe(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、NO，所以HNO₃的物質的量b=0.003mol×2+0.003mol×3+0.112L÷22.4L/mol=0.02mol。