Question

善于提出問題、探究問題和解決問題是學(xué)好化學(xué)的重要的方法．某同學(xué)在學(xué)習(xí)鐵及其化合物知識時提出了下列問題：

問題1：鐵為何稱為黑色金屬？
問題2：經(jīng)查證，氧化性：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO，用CO還原氧化鐵得到的黑色固體一定是單質(zhì)鐵嗎？有沒有生成Fe₃O₄或FeO的可能？
問題3：Fe³⁺和SO₃^2-之間可能發(fā)生的反應(yīng)有：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺（氧化還原反應(yīng)），2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O═2Fe（OH）₃（膠體）+3H₂SO₃（水解反應(yīng)）．實(shí)際反應(yīng)究竟是哪一個？
（1）對于問題1，同學(xué)們上網(wǎng)查尋，有兩種解釋：
A．因?yàn)樵阼F表面上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

 

．
②有一黑色粉末，可能是鐵粉、Fe₃O₄粉末、FeO粉末中的一種，請你設(shè)計一種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行檢驗(yàn)

 

（2）對于問題2，同學(xué)們 參觀了某鋼鐵廠，獲得了用SDTQ熱分析儀對CO與Fe₂O₃進(jìn)行熱反應(yīng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，繪制成固體質(zhì)量與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線圖（見圖1）
①根據(jù)圖象分析，反應(yīng)溫度500℃-600℃時殘留固體的成分是

 

．
②寫出固體質(zhì)量由43.2 g變?yōu)?3.6 g時的化學(xué)方程式

 

．
③已知：酒精燈火焰溫度為600℃左右，酒精噴燈火焰溫度高于800℃．鋼鐵廠有含鐵、Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO的混合粉末，某同學(xué)為了幫助鋼鐵廠測定其含鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱取m₁g樣品，設(shè)計了如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)鐵的氧化物全部還原為鐵時，在CO的保護(hù)下冷卻，稱得殘留固體的質(zhì)量為m₂g．實(shí)驗(yàn)時應(yīng)選擇

 

燈加熱，判斷鐵的氧化物全部還原為鐵的方法是

 

．該裝置還有沒有缺陷？如果有，請?zhí)岢龈倪M(jìn)意見

 

（如沒有，該空不填）．
（3）對于問題3，同學(xué)們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究：取5 mL FeCl₃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃液至過量，觀察到溶液顏色由黃色逐漸變?yōu)榧t褐色，無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成，但有丁達(dá)爾現(xiàn)象．取紅褐色液體少許，逐滴加入稀鹽酸至過量，加入BaCl₂溶液，有少量白色沉淀生成．據(jù)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你得出的結(jié)論是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：鐵及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計題

分析：（1）鐵是在高溫下煉制成，高溫下會和空氣中的氧氣反應(yīng)生成四氧化三鐵或氧化鐵，顏色都是黑色氧化物，氧化鐵是紅色氧化物時常溫下緩慢氧化或電話腐蝕生成得到；
（2）①根據(jù)氧化：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO判斷與CO反應(yīng)的先后順序，然后判斷反應(yīng)溫度500-600℃時殘留固體的成分；
②根據(jù)氧化性順序及溫度判斷固體質(zhì)量由43.2g變?yōu)?3.6g時參加反應(yīng)的物質(zhì)，然后寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
③根據(jù)酒精噴燈、酒精燈的溫度及該反應(yīng)需要的溫度進(jìn)行選擇加熱儀器；加熱到質(zhì)量不再變化時即為反應(yīng)完全，一般兩次稱量的質(zhì)量差小于0.1g即為反應(yīng)完全；反應(yīng)物CO為有毒氣體，需要進(jìn)行尾氣處理；
（3）根據(jù)反應(yīng)生成了氫氧化鐵膠體和硫酸鋇沉淀進(jìn)行分析．

解答： 解：（1）①鐵是在高溫下煉制成，高溫下會和空氣中的氧氣反應(yīng)生成四氧化三鐵或氧化鐵，顏色都是黑色氧化物，氧化鐵是紅色氧化物時常溫下緩慢氧化或電話腐蝕生成得到；故答案為：A；
②金屬鐵能與稀鹽酸反應(yīng)放出氫氣，鐵離子能使KSCN溶液顯血紅色，故驗(yàn)證方法是：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，繼續(xù)滴加KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明是Fe₃O₄，沒有變血紅色說明是FeO，
故答案為：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，繼續(xù)滴加KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明是Fe₃O₄，沒有變血紅色說明是FeO；
（2）①根據(jù)氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應(yīng)時，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400-500℃Fe₂O₃逐漸反應(yīng)，到500℃時Fe₂O₃反應(yīng)完全，此時固體混合物為Fe₃O₄、FeO，
故答案為：Fe₃O₄、FeO；
②固體質(zhì)量由43.2g變?yōu)?3.6g時，對應(yīng)溫度為700-800℃，此時Fe₂O₃、Fe₃O₄已經(jīng)反應(yīng)完全，F(xiàn)eO開始與CO反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeO+CO

△   .

Fe+CO₂，
故答案為：FeO+CO

△   .

Fe+CO₂；
③酒精燈火焰溫度為600℃左右，酒精噴燈火焰溫度高于800℃，而該反應(yīng)需要加熱到800℃，所以只能選用酒精噴燈加熱；當(dāng)最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.1g，則氧化物全部還原為鐵；由于反應(yīng)中用到的還原劑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，
故答案為：酒精噴燈；最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.1g；在排放尾氣的導(dǎo)氣管口放一盞燃著的酒精燈；
（3）用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液實(shí)驗(yàn)，觀察到溶液顏色由黃色逐漸變?yōu)榧t褐色，無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成，但有丁達(dá)爾現(xiàn)象，證明有氫氧化鐵膠體生成，取紅褐色液體少許，逐滴加入稀鹽酸至過量，加入BaCl₂溶液，有少量白色沉淀生成，證明了Fe³⁺與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成SO₄^2-，故氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)是同時進(jìn)行的，
故答案為：兩個反應(yīng)均發(fā)生．

點(diǎn)評：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，題目難度中等，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)計方法．