题目内容

18．善于提出问题，解决问题是学好科学的重要方法．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：铁为何称为黑色金属？
问题2：铁有多种氧化物，它们的性质有哪些差异？
问题3：钢铁厂在选矿时，如何测定铁矿石中的含铁量？
II．解决问题：
问题1 上网查寻，有两种说法：
a．在铁表面有黑色的铁的氧化物，早先以为这就是铁的颜色，所以叫黑色金属．
b．铁的粉末为黑色，铁的氧化物也均为黑色，所以叫黑色金属．
（1）你认为正确的说法是a（填“a”或“b”）
问题2查阅资料
a．铁常见的氧化物有氧化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe34）和氧化亚铁（FeO）．
b．四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的化合物，它不溶于水，能与酸反应生成两种金属化合物．
c．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．
（2）请写出四氧化三铁与盐酸反应的化学方程式Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O．
（3）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进行鉴别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粉未，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．
问题3 同学们参观了某钢铁厂，了解到钢铁厂在选矿时测定铁矿石中含铁量的方法较多．同学们结合所学知识，设计了如图1所示的实验装置测定某赤铁矿样品中Fe2O3的质量分数．他称取l0.0g赤铁矿，当赤钛矿中的Fe2O3全部还原为Fe时，剩余固体在CO的保护下冷却、称量，质量为6g（假设赤铁矿中的杂质均不与CO反应）．
（4）图中酒精灯的作用是将多余的CO气体通过燃烧除掉，防止空气的污染
（5）该赤铁矿中Fe2O3的质量分数为80%．（请写出思路）

分析 （1）铁是在高温下炼制成，高温下会和空气中的氧气反应生成四氧化三铁或氧化亚铁，颜色都是黑色氧化物，氧化铁是红色氧化物，常温下缓慢氧化或电化腐蚀生成得到，氧化铁为红色，四氧化三铁为黑色；
（2）四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，可以近似地看怍是氧化亚铁和氧化铁的化合物．能与酸反应生成铁盐和亚铁盐；
（3）根据Fe2O3、Fe3O4、FeO与稀盐酸的反应现象及磁铁吸引方法设计实验方案进行检验；
（4）根据一氧化碳有毒分析；
（5）根据反应前后质量变化利用质量差法分析Fe203的质量，进而计算该赤铁矿中Fe203的质量分数；

解答 解：（1）由于氧化铁为红色，四氧化三铁为黑色，则b的说法不正确，a说法正确．
（2）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．
（3）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粉未，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．
（4）由于CO有毒，不能直接排放，应该在排放尾气的导气管口放一盏燃着的酒精灯，将多余的CO气体通过燃烧除掉．
（5）设该赤铁矿中Fe203的质量为x
Fe2O3 +3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2，质量减少
160            112       160-112=48
x                        l0.0g-7.6g=2.4g
$\frac{160}{x}=\frac{48}{2.4g}$
x=8g
该赤铁矿中Fe203的质量分数为$\frac{8g}{10g}$×100%=80%；
故答案为：（1）a；（2）Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O；
（3）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粉未，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；
（4）将多余的CO气体通过燃烧除掉，防止空气的污染；
（5）80%；

点评 本题考查了物质的检验与鉴别方法、铁及其氧化物的性质等知识，题目难度较大，注意掌握常见金属单质及其化合物性质，明确物质检验与鉴别的实验方案的设计方法．

练习册系列答案
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8．规范的实验操作是获得正确实验结果和保障人身安全的前提，以下图示的实验操作，不正确的是（　　）
A．
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C．
检查装置的气密性		D．
稀释浓硫酸
9．在托盘天平的两盘上各放一只质量相同的烧杯，在两只烧杯里分别加入50g溶质质量分数为14.6%的稀盐酸，将天平调节至平衡；然后向左、右两烧杯中分别加入一定质量的下列各组物质，充分反应后，天平仍然平衡的是（　　）
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B．利用H2SO4溶液、MSO4溶液、FeSO4溶液可以探究金属活动性强弱
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D．利用M片、FeSO4溶液不可以探究出金属活动性强弱
13．小金用如图实验探究硫酸的化学性质，对该实验下列表述不正确的是（　　）
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10．臭氧消毒机主要用于食品药品等行业的加工场所的空气和物体表面灭菌．应用的消毒剂主要是臭氧．臭氧的化学式是O3，在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体．在常温常压下，稳定性较差，可自行分解为氧气．高压放电式臭氧消毒机是使用高压电场使氧气转变为臭氧．臭氧在地面附近的大气层中含量较少，在离地面25km处有一个厚度极薄的臭氧层．臭氧层能吸收太阳辐射中的大量紫外线，使地球上的生物免遭紫外线的伤害．它是一切生命的保护层．超音速飞机排出的废气、家用电冰箱中使用的制冷剂“氟里昂”等对臭氧层有很大的破坏作用，会使臭氧层形成空洞．
    根据上述科普短文，回答下列问题：
（1）试总结臭氧的有关知识：物理性质在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体；化学性质在常温常压下，稳定性较差，可自行分解为氧气；用途消毒，吸收紫外线．
（2）请从分子构成的角度指出氧气和臭氧的不同点：每个臭氧分子是由三个原子构成，每个氧分子是由二个原子构成；它们的组成和结构的不同决定着它们的性质不同．“有人认为，只含一种元素的物质是单质”，请你判断这种说法是否正确？不正确．
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7．用来测定空气成分的方法很多，图1所示的是小明用红磷在空气中燃烧的测定方法．

（1）燃烧的现象是红磷燃烧，产生大量的白烟；该反应的化学原理是：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷 （写出反应的文字表达式）．
（2）红磷燃烧一段时间后，自动熄灭了，你认为原因是氧气耗尽；冷却后，松开止水夹，你观察到的现象为水顺着导管流入集气瓶，且进入水的体积占集气瓶剩余容积的$\frac{1}{5}$．实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的$\frac{1}{5}$，你认为导致这一结果的原因可能红磷的量不足．
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