题目内容

【题目】我国是一个钢铁大国,钢铁产量为世界第一。某化学实验小组的同学用下面的装置在实验室中模拟炼铁。请你和他们一起完成相关探究。

(1)操作顺序是实验成败的关键,对于该实验,应______________________(填“先通入一氧化碳”或“先点燃酒精灯”)。

(2)反应中可观察到粗玻璃管内的固体逐渐由_________色变成__________色,写出该反应的化学方程式____________________。

(3)产物的检验:

①初步检验:甲同学想对反应后的产物进行初步检验,请你帮他想出一个物理方法:____。

②进一步验证:乙同学想用化学方法对产物进一步验证,他将反应后的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,发现只有部分变红。请写出生成红色物质的化学方程式:_____。

(4)质疑与探究:

①乙同学对产物的成分产生了质疑,查阅相关资料之后得知,一氧化碳还原氧化铁是一个逐渐的过程。

首先是Fe2O3被还原为Fe3O4:3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2。

然后是Fe3O4被还原为FeO:____________。

最后是FeO被还原为Fe:FeO + COFe + CO2

②通过以上分析,甲乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想:

已知:FeO、Fe3O4均为黑色,且Fe3O4有磁性。FeO、Fe3O4都不与硫酸铜溶液反应。

猜想一:Fe与Fe3O4; 猜想二:Fe与FeO; 猜想三:Fe与Fe3O4和FeO。

③为了对产物固体的成分进行更客观的分析,甲乙同学将所做实验整理如下:

实验内容

实验现象

实验结论

将反应后得到的黑色粉末

用磁铁吸引

________

猜想一

成立

将反应后得到的黑色粉末

加入足量的硫酸铜溶液中

________

④实验反思:为了提高铁的产率,应适当________(填“降低”或“提高”)反应温度。

【答案】先通入一氧化碳 红棕 黑 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 用磁铁吸引 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu Fe3O4+CO 3FeO+CO2 全部被吸引 部分变红 提高

【解析】

(1)一氧化碳具有可燃性,为了防止爆炸,加热前一定要先通入一氧化碳气体,然后给玻璃管加热;

(2)一氧化碳能把红棕色的氧化铁粉末还原成黑色的铁粉,同时生成二氧化碳,化学反应式是:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2;

(3)产物的检验:

①初步检验:甲同学想对反应后的产物进行初步检验,由于铁可以被磁铁吸引,物理方法:用磁铁吸引观察是否能被吸引;

②铁可以与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,反应的化学方程式为:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu;

(4)①由题意可知:第二步反应的反应物是Fe3O4、CO,生成物是FeO、CO2,配平化学方程式,左边填:Fe3O4+CO,右边填:3FeO+CO2;

②Fe与Fe3O4都可以被磁铁吸引,将反应后得到的黑色粉末用磁铁吸引,如果全部被吸引,则说明猜想一成立;进一步证明,被吸引的是铁还是铁与四氧化三铁的混合物,将反应后得到的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,如果部分变红,则说明猜想一成立;因此:

实验内容

实验现象

实验结论

将反应后得到的黑色粉末

用磁铁吸引

全部被吸引

猜想一

成立

将反应后得到的黑色粉末

加入足量的硫酸铜溶液中

部分变红

④由于在600℃以上Fe2O3才逐步转化为铁,所以提高温度有利于提高铁的产率。

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