Question

8．善于提出問題、探究問題和解決問題是學好化學的重要方法，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？
問題3：鐵有多種氧化物，它們的性質有哪些差異？
問題4：鋼鐵廠在選礦時，如何測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鐵嗎？
Ⅱ．解決問題
【問題1】上網(wǎng)查尋，有兩種說法
a．因為在鐵表面有黑色的鐵的氧化物，所以叫黑色金屬
b．因為鐵的粉末為黑色，鐵的氧化物也均為黑色，所以叫黑色金屬
（1）你認為正確的說法是a（填“a”或“b”）
【問題2】通過學習，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）請寫出一種防止鋼鐵生銹的方法刷漆；
（3）請寫出鐵絲在純氧中燃燒的化學方程式3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$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（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，能與酸反應生生成氯化亞鐵、氯化鐵和水．
c．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．
（4）請寫出四氧化三鐵與鹽酸反應的化學方程式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．請你設計一種實驗方案進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】同學們參觀了某鋼鐵廠，了解到鋼鐵廠在選礦時測定鐵礦石中含鐵量的方法較多，小明結合所學知識，設計了如圖1所示的實驗裝置測定某赤鐵礦樣品中Fe₂O₃的質量分數(shù)．他稱取l0.0g赤鐵礦，當赤鐵礦中的Fe₂O₃全部還原為Fe時，剩余固體在CO的保護下冷卻、稱量．質量為7.6g（假設赤鐵礦中的雜質均不與CO反應）．
（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的質量分數(shù)為80%（列出計算過程）．
【問題5】在鋼鐵廠的實驗室．同學們采集了用某種熱分析儀記錄的CO與Fe₂O₃進行反應時的有關數(shù)據(jù)，并得到固體質量與反應溫度的關系曲線．如圖2所示．
（8）根據(jù)圖象分析，寫出P點時固體成分的化學式Fe．固體質量由48.0g變?yōu)?6.4g的過程中發(fā)生反應的化學方程式為Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．

Answer 1

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)反應原理找出反應物、生成物、反應條件，根據(jù)化學方程式的書寫方法、步驟進行書寫即可；
（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．能與酸反應生成鐵鹽和亞鐵鹽；
（5）根據(jù)Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO與稀鹽酸的反應現(xiàn)象及磁鐵吸引方法設計實驗方案進行檢驗；
（6）根據(jù)一氧化碳有毒分析；
（7）根據(jù)反應前后質量變化利用質量差法分析Fe₂0₃的質量，進而計算該赤鐵礦中Fe₂0₃的質量分數(shù)；
（8）根據(jù)氧化性：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO判斷與CO反應的先后順序，然后判斷反應溫度800℃（P點）時殘留固體的成分；根據(jù)氧化性順序及溫度判斷固體質量由48.0g變?yōu)?6.4g時參加反應的物質，然后寫出反應的化學方程式．

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，反應的化學方程式為3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
（4）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．
（5）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(jù)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，應該在排放尾氣的導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）設該赤鐵礦中Fe₂0₃的質量為x
Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，質量減少
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的質量分數(shù)為$\frac{8g}{10g}$×100%=80%；
（8）根據(jù)氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應時，F(xiàn)e₂O₃優(yōu)先反應，然后Fe₃O₄反應，最后FeO反應，根據(jù)圖象曲線可知，加熱到800℃時三種氧化物反應完全，此時固體為Fe，
故答案為：Fe₃O₄、FeO；
②固體質量由48.0g變?yōu)?6.4g時，對應溫度為400-500℃，此時Fe₂O₃與CO反應，反應的化學方程式為：Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
故答案為：（1）a；（2）刷漆；（3）3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
（4）Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
（5）取少量樣品用磁鐵吸引，不能被磁鐵吸引，說明是FeO；能被磁鐵吸引，說明是鐵粉或Fe₃O₄粉未，在取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵．若沒有產(chǎn)生氣泡，說明是Fe₃O₄；
（6）將多余的CO氣體通過燃燒除掉，防止空氣的污染；
（7）80%；
（8）Fe；Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．

點評 本題考查了物質的檢驗與鑒別方法、鐵及其氧化物的性質等知識，題目難度較大，注意掌握常見金屬單質及其化合物性質，明確物質檢驗與鑒別的實驗方案的設計方法．