Question

【題目】善于提出問題、探究問題和解決問題是學好化學的重要法。某研究性學習小組的同學在學習鐵及其化合物知識時進行了系列研究。

Ⅰ．提出問題：

問題1：鐵有多種氧化物，它們的性質有哪些差異？

問題3：用一氧化碳還原氧化鐵得到的黑色固體一定是單質鐵嗎？

Ⅱ．解決問題

【問題1】查詢資料：

a．鐵常見的氧化物有氧化鐵（Fe2O3）、四氧化三鐵（Fe3O4）和氧化亞鐵（FeO）。

b．四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，可以被磁鐵吸引。它不溶于水，可以近似地看作是氧化亞鐵和氧化鐵的化合物，能與酸反應生成兩種鹽。

C.氧化亞鐵是不溶于水的黑色粉末，能與酸反應，無磁性，不能被磁鐵吸引。

（1）請寫出四氧化三鐵與鹽酸反應的化學方程式______________

（2）有一包黑色粉末，可能是鐵粉、Fe3O4粉末、FeO粉末中的一種。請你設計一種實驗方案進行鑒別。

實驗步驟	實驗現象及結論
步驟一：取少量樣品用磁鐵吸引	現象：_________________
步驟二：_________________	_________________

【問題2】同學們查閱資料得知CO與氧化鐵反應，在不同的溫度下，氧化鐵因失氧程度不同而生成其他鐵的氧化物（或鐵單質）和CO2.小組同學設計了如圖1所示的實驗裝置測定一氧化碳與氧化鐵反應后的固體產物。

（3）實驗開始應通入一氧化碳，再點燃酒精燈，目的是_________________________。

【注意】若答對以下問題獎勵4分，化學試卷總分不超過60分。

（4）同學們采集了用某種熱分析儀記錄的CO與氧化鐵反應的有關數據，并得到固體質量與反應溫度的關系曲線，如圖2所示。根據相關信息，回答如下問題：

①圖1虛線中裝置的具體作用是____________________。

②在0~400℃溫度范圍內，管內固體質量不變，其原因是____________

③圖中X=___________g，B點剩余固體的化學式是______________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O 能被磁鐵吸引 取少量樣品加入稀鹽酸 產生氣泡，說明是鐵．若沒有產生氣泡，說明是Fe3O4 先通一氧化碳為了趕走裝置中的空氣，防止一氧化碳不純引起爆炸 吸收生成的二氧化碳，收集過量的一氧化碳 在0℃～400℃溫度范圍內，沒有達到CO與Fe2O3反應的溫度，所以管內固體質量不變 1.68 FeO

【解析】(1)四氧化三鐵與鹽酸反應生成氯化鐵、氯化亞鐵和水，化學方程式為：Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O；(2)氧化亞鐵是不溶于水的黑色粉末，能與酸反應，無磁性，也不能被磁鐵吸引；鐵可以與稀鹽酸反應生成氫氣，氧化鐵溶于稀鹽酸生成氯化鐵和水，據此可以檢驗混合物組成，方法為：取少量樣品用磁鐵吸引，不能被磁鐵吸引，說明是FeO；能被磁鐵吸引，說明是鐵粉或Fe3O4粉末，在取少量樣品加入稀鹽酸，產生氣泡，說明是鐵，若沒有產生氣泡，說明是Fe3O4；(3)一氧化碳混有氧氣點燃會發生爆炸，先通一氧化碳為了趕走裝置中的空氣，防止一氧化碳不純引起爆炸；(4)①由于CO有毒，不能直接排放，放置盛有氫氧化鈉溶液的集氣瓶，目的是吸收生成的二氧化碳，收集過量的一氧化碳；②一氧化碳和氧化鐵需在高溫下反應，在0℃～400℃溫度范圍內，沒有達到CO與Fe2O3反應的溫度，所以管內固體質量不變；③固體質量由2.32g變為2.16g時，對應溫度為500-600℃，此時Fe3O4與CO反應，失去氧2.32g -2.16g =0.16g；四氧化三鐵中氧元素為2.32g× =0.64g，鐵元素質量=2.32g -0.64g=1.68g，殘余固體中氧元素質量=0.64g-0.16g=0.48g；鐵、氧元素個數比=：=1：1，所以此時還原產物為FeO。