Question

8．某化学实验小组用如图所示的装置模拟工业炼铁的原理，请你参与探究：

【初步探究】请写出工业上用赤铁矿（主要成分是Fe₂O₃）炼铁的主要原理的化学方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，如图装置中的一处明显错误是没有处理尾气．实验中，待Fe₂O₃完全变成黑色粉末时停止加热，继续通入CO至装置冷却到室温，为检验生成物的组成，取适量黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液，充分反应，黑色粉末中只有少量的红色固体产生．
【提出问题】黑色粉末可能是什么呢？
【查阅资料】1工业上用赤铁矿炼铁的过程分为三个阶段：
①3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;500-600℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
②Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;600-700℃\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
③FeO+O$\frac{\underline{\;＞700℃\;}}{\;}$Fe+CO₂
2铁的氧化物和硫酸铜溶液不反应，但都能与盐酸反应，其中除Fe₂O₃，为红棕色外，其余都为黑色，并且只有Fe₃O₄，能被磁铁吸引．
【猜想假设】小组同学一致认为黑色粉末一定是含有Fe的混合物，因为只有铁能和硫酸铜反应生成红色固体铜，并提出如下猜想：猜想1：黑色粉末是Fe和FeO，猜想2：黑色粉末是Fe和Fe₃O₄；猜想3：黑色粉末是Fe、FeO和Fe₃O₄．
【实验探究】小组同学经过思考、实验、合作和交流，最后得出猜想1成立的结论，下面是甲、乙两同学各自设计的一套验证猜想1的实验方案，请把表格补充完整．

	实验操作	实验现象	实验结论	你对实验结论的评价（只需写出“对”或“错”）
甲	取适量黑色粉末于试管中，加入足量稀盐酸	黑色粉末完全溶解，并有气泡生成	猜想1正确	错
乙	取适量黑色粉末用磁铁吸引	黑色粉末部分被吸引	猜想1正确	错

【思维拓展】请设计实验方案，验证猜想2、3的正确性．

实验操作	实验现象	实验现象
取适量黑色粉末用磁铁吸引	黑色粉末全部被吸引	猜想2正确
取适量黑色粉末用磁铁吸引，再向被吸引的黑色粉末中加入足量的硫酸铜溶液	黑色粉末部分被吸引，加入足量的硫酸铜溶液后黑色粉末仍然有剩余	猜想3正确

Answer 1

分析 高温条件下，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳；
一氧化碳有毒，扩散到空气中会污染环境；
铁能和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜；
铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气．

解答 解：【初步探究】
工业上用赤铁矿炼铁时，在高温条件下，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
如图装置中的一处明显错误是没有处理尾气，一氧化碳扩散到空气中会污染环境．
故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；没有处理尾气．
【猜想假设】
小组同学一致认为黑色粉末一定是含有Fe的混合物，因为只有铁能和硫酸铜反应生成红色固体铜；
猜想1：黑色粉末是Fe和FeO，猜想2：黑色粉末是Fe和Fe₃O₄；猜想3：黑色粉末是Fe、FeO和Fe₃O₄．
故填：只有铁能和硫酸铜反应生成红色固体铜；黑色粉末是Fe、FeO和Fe₃O₄．
【实验探究】
取适量黑色粉末于试管中，加入足量稀盐酸，黑色粉末完全溶解，并有气泡生成，猜想1、2、3都可能正确，因此甲的结论不正确；
取适量黑色粉末用磁铁吸引，黑色粉末部分被吸引，猜想1、3都可能正确，因此乙的结论不正确；
实验过程如下表所示：

	实验操作	实验现象	实验结论	你对实验结论的评价（只需写出“对”或“错”）
甲	取适量黑色粉末于试管中，加入足量稀盐酸	黑色粉末完全溶解，并有气泡生成	猜想1正确	错
乙	取适量黑色粉末用磁铁吸引	黑色粉末部分被吸引	猜想1正确	错

【思维拓展】
验证猜想2、3正确性的实验过程如下表所示：

实验操作	实验现象	实验现象
取适量黑色粉末用磁铁吸引	黑色粉末全部被吸引	猜想2正确
取适量黑色粉末用磁铁吸引，再向被吸引的黑色粉末中加入足量的硫酸铜溶液	黑色粉末部分被吸引，加入足量的硫酸铜溶液后黑色粉末仍然有剩余	猜想3正确

点评 实验现象是物质之间相互作用的外在表现，因此要学会设计实验、观察实验、分析实验，为揭示物质之间相互作用的实质奠定基础．