Question

17．第善于提出問題、探究問題和解決問題是學(xué)好化學(xué)的重要方法．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在學(xué)習(xí)鐵及其化合物知識(shí)時(shí)進(jìn)行了系列研究：
I．提出問題：
問題1：鐵為何稱為黑色金屬？
問題2：鐵和氧氣在不同條件下能發(fā)生哪些反應(yīng)？
問題3：鐵有多種氧化物，它們的性質(zhì)有哪些差異？
問題4：鋼鐵廠在選礦時(shí)，如何測(cè)定鐵礦石中的含鐵量？
問題5：用一氧化碳還原氧化鐵得到的黑色固體一定是單質(zhì)鐵嗎？
II．解決問題：
問題1 上網(wǎng)查尋，有兩種說法：
a．因?yàn)樵阼F表面有黑色的鐵的氧化物，所以叫黑色金屬．
b．因?yàn)殍F的粉末為黑色，鐵的氧化物也均為黑色，所以叫黑色金屬．
（1）你認(rèn)為正確的說法是a（填“a”或“b”）
問題2 通過學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道鐵絲在潮濕的空氣中能生銹，也能在純氧中燃燒．
（2）請(qǐng)寫出一種防止鋼鐵生銹的方法刷漆．
（3）請(qǐng)寫出鐵絲在純氧中燃燒的化學(xué)方程式3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．問題3查閱資料
a．鐵常見的氧化物有氧化鐵（Fe₂O₃）、四氧化三鐵（Fe₃₄）和氧化亞鐵（FeO）．
b．四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，可以近似地看作是氧化亞鐵和氧化鐵的化合物，它不溶于水，能與酸反應(yīng)生成兩種金屬化合物．
c．氧化亞鐵是不溶于水的黑色粉末，能與酸反應(yīng)，無磁性，也不能被磁鐵吸引．
d．金屬氧化物與酸反應(yīng)，生成對(duì)應(yīng)的金屬化合物和水．
（4）請(qǐng)寫出四氧化三鐵與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O．
（5）有一包黑色粉末；可能是鐵粉、Fe₃O₄粉末、FeO粉末中的一種，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方進(jìn)行鑒別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粉未，在取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵．若沒有產(chǎn)生氣泡，說明是Fe₃O₄．
問題4 同學(xué)們參觀了某鋼鐵廠，了解到鋼鐵廠在選礦時(shí)測(cè)定鐵礦石中含鐵量的方法較多．小明結(jié)合所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定某赤鐵礦樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．他稱取l0.0g赤鐵礦，當(dāng)赤鈦礦中的Fe₂O₃全部還原為Fe時(shí)，剩余固體在CO的保護(hù)下冷卻、稱量，質(zhì)量為6g（假設(shè)赤鐵礦中的雜質(zhì)均不與CO反應(yīng)）．
（6）圖中酒精燈的作用是將多余的CO氣體通過燃燒除掉，防止空氣的污染．
（7）該赤鐵礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%．
問題5在鋼鐵廠的實(shí)驗(yàn)室，同學(xué)們采集了用某種熱分析儀記錄的CO與Fe₂ O₃進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)，并得到固體質(zhì)量與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，如圖2所示：
（8）根據(jù)圖象分析，寫出P點(diǎn)時(shí)固體成分的化學(xué)式Fe，固體質(zhì)量由48.0g變?yōu)?6.4g的過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400-500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

Answer 1

分析 （1）鐵是在高溫下煉制成，高溫下會(huì)和空氣中的氧氣反應(yīng)生成四氧化三鐵或氧化亞鐵，顏色都是黑色氧化物，氧化鐵是紅色氧化物，常溫下緩慢氧化或電化腐蝕生成得到，氧化鐵為紅色，四氧化三鐵為黑色；
（2）防止鐵生銹就是使鐵與水或氧氣隔絕；
（3）首先根據(jù)反應(yīng)原理找出反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件，根據(jù)化學(xué)方程式的書寫方法、步驟進(jìn)行書寫即可；
（4）四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，可以近似地看怍是氧化亞鐵和氧化鐵的化合物．能與酸反應(yīng)生成鐵鹽和亞鐵鹽；
（5）根據(jù)Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO與稀鹽酸的反應(yīng)現(xiàn)象及磁鐵吸引方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行檢驗(yàn)；
（6）根據(jù)一氧化碳有毒分析；
（7）根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量變化利用質(zhì)量差法分析Fe₂0₃的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算該赤鐵礦中Fe₂0₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（8）根據(jù)氧化性：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO判斷與CO反應(yīng)的先后順序，然后判斷反應(yīng)溫度800℃（P點(diǎn)）時(shí)殘留固體的成分；根據(jù)氧化性順序及溫度判斷固體質(zhì)量由48.0g變?yōu)?6.4g時(shí)參加反應(yīng)的物質(zhì)，然后寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答 解：（1）由于氧化鐵為紅色，四氧化三鐵為黑色，則b的說法不正確，a說法正確．
（2）防止鐵生銹就是使鐵與水或氧氣隔絕，可以采用涂油或刷漆的方法．
（3）鐵絲在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
（4）四氧化三鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵、氯化亞鐵和水，化學(xué)方程式為：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O．
（5）氧化亞鐵是不溶于水的黑色粉末，能與酸反應(yīng)，無磁性，也不能被磁鐵吸引；鐵可以與稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣，氧化鐵溶于稀鹽酸生成氯化鐵和水，據(jù)此可以檢驗(yàn)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粉未，在取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵．若沒有產(chǎn)生氣泡，說明是Fe₃O₄．
（6）由于CO有毒，不能直接排放，應(yīng)該在排放尾氣的導(dǎo)氣管口放一盞燃著的酒精燈，將多余的CO氣體通過燃燒除掉．
（7）設(shè)該赤鐵礦中Fe₂0₃的質(zhì)量為x
Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，質(zhì)量減少
160            112       160-112=48
x                        l0.0g-7.6g=2.4g
$\frac{160}{x}=\frac{48}{2.4g}$
x=8g
該赤鐵礦中Fe₂0₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8g}{10g}$×100%=80%；
（8）根據(jù)氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應(yīng)時(shí)，F(xiàn)e₂O₃優(yōu)先反應(yīng)，然后Fe₃O₄反應(yīng)，最后FeO反應(yīng)，根據(jù)圖象曲線可知，加熱到800℃時(shí)三種氧化物反應(yīng)完全，此時(shí)固體為Fe，
故答案為：Fe；
②固體質(zhì)量由48.0g變?yōu)?6.4g時(shí)，對(duì)應(yīng)溫度為400-500℃，此時(shí)Fe₂O₃與CO反應(yīng)，根據(jù)氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應(yīng)時(shí)．失去氧48g-46.4=1.6g
氧化鐵中氧元素為48*48/160=14.4g，鐵元素質(zhì)量=48-14.4g=33.6g
殘余固體中氧元素質(zhì)量=14.4g-1.6g=12.8g
鐵氧原子個(gè)數(shù)比=（33.6/56）：（12.8/16）=3：4，所以此時(shí)還原產(chǎn)物為Fe₃O₄
對(duì)應(yīng)方程式3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400-500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
故答案為：（1）a；（2）刷漆；（3）3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
（4）Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
（5）取少量樣品用磁鐵吸引，不能被磁鐵吸引，說明是FeO；能被磁鐵吸引，說明是鐵粉或Fe₃O₄粉未，在取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵．若沒有產(chǎn)生氣泡，說明是Fe₃O₄；
（6）將多余的CO氣體通過燃燒除掉，防止空氣的污染；
（7）80%；
（8）Fe；3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400-500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的檢驗(yàn)與鑒別方法、鐵及其氧化物的性質(zhì)等知識(shí)，題目難度較大，注意掌握常見金屬單質(zhì)及其化合物性質(zhì)，明確物質(zhì)檢驗(yàn)與鑒別的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法．