Question

【题目】善于提出问题、探究问题和解决问题是学好化学的重要法。某研究性学习小组的同学在学习铁及其化合物知识时进行了系列研究。

Ⅰ．提出问题：

问题1：铁有多种氧化物，它们的性质有哪些差异？

问题3：用一氧化碳还原氧化铁得到的黑色固体一定是单质铁吗？

Ⅱ．解决问题

【问题1】查询资料：

a．铁常见的氧化物有氧化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe3O4）和氧化亚铁（FeO）。

b．四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，可以被磁铁吸引。它不溶于水，可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的化合物，能与酸反应生成两种盐。

C.氧化亚铁是不溶于水的黑色粉末，能与酸反应，无磁性，不能被磁铁吸引。

（1）请写出四氧化三铁与盐酸反应的化学方程式______________

（2）有一包黑色粉末，可能是铁粉、Fe3O4粉末、FeO粉末中的一种。请你设计一种实验方案进行鉴别。

实验步骤	实验现象及结论
步骤一：取少量样品用磁铁吸引	现象：_________________
步骤二：_________________	_________________

【问题2】同学们查阅资料得知CO与氧化铁反应，在不同的温度下，氧化铁因失氧程度不同而生成其他铁的氧化物（或铁单质）和CO2.小组同学设计了如图1所示的实验装置测定一氧化碳与氧化铁反应后的固体产物。

（3）实验开始应通入一氧化碳，再点燃酒精灯，目的是_________________________。

【注意】若答对以下问题奖励4分，化学试卷总分不超过60分。

（4）同学们采集了用某种热分析仪记录的CO与氧化铁反应的有关数据，并得到固体质量与反应温度的关系曲线，如图2所示。根据相关信息，回答如下问题：

①图1虚线中装置的具体作用是____________________。

②在0~400℃温度范围内，管内固体质量不变，其原因是____________

③图中X=___________g，B点剩余固体的化学式是______________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O 能被磁铁吸引 取少量样品加入稀盐酸 产生气泡，说明是铁．若没有产生气泡，说明是Fe3O4 先通一氧化碳为了赶走装置中的空气，防止一氧化碳不纯引起爆炸 吸收生成的二氧化碳，收集过量的一氧化碳 在0℃～400℃温度范围内，没有达到CO与Fe2O3反应的温度，所以管内固体质量不变 1.68 FeO

【解析】(1)四氧化三铁与盐酸反应生成氯化铁、氯化亚铁和水，化学方程式为：Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O；(2)氧化亚铁是不溶于水的黑色粉末，能与酸反应，无磁性，也不能被磁铁吸引；铁可以与稀盐酸反应生成氢气，氧化铁溶于稀盐酸生成氯化铁和水，据此可以检验混合物组成，方法为：取少量样品用磁铁吸引，不能被磁铁吸引，说明是FeO；能被磁铁吸引，说明是铁粉或Fe3O4粉末，在取少量样品加入稀盐酸，产生气泡，说明是铁，若没有产生气泡，说明是Fe3O4；(3)一氧化碳混有氧气点燃会发生爆炸，先通一氧化碳为了赶走装置中的空气，防止一氧化碳不纯引起爆炸；(4)①由于CO有毒，不能直接排放，放置盛有氢氧化钠溶液的集气瓶，目的是吸收生成的二氧化碳，收集过量的一氧化碳；②一氧化碳和氧化铁需在高温下反应，在0℃～400℃温度范围内，没有达到CO与Fe2O3反应的温度，所以管内固体质量不变；③固体质量由2.32g变为2.16g时，对应温度为500-600℃，此时Fe3O4与CO反应，失去氧2.32g -2.16g =0.16g；四氧化三铁中氧元素为2.32g× =0.64g，铁元素质量=2.32g -0.64g=1.68g，残余固体中氧元素质量=0.64g-0.16g=0.48g；铁、氧元素个数比=：=1：1，所以此时还原产物为FeO。