Question

4．实验是研究化学的基本手段．在实验室，小冬同学进行了“铁在氧气中燃烧”的实验，请回答下列问题：
（1）图中仪器a的名称是坩埚钳，实验中火柴的作用是引燃铁丝；写出该反应的化学方程式：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；集气瓶中装少量水的目的是防止溅落的熔化物炸裂瓶底．
（2）做完实验后，小冬同学有两个疑惑不解的问题，于是她进行了以下途径活动，请你一同参与．
【问题1】铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还有没有铁呢？
【查阅资料1】
①自然界中铁的氧化物主要是Fe₃O₄和Fe₂O₃两种（FeO极易被氧化为Fe₂O₃）；
②铁的氧化物均能溶于稀盐酸和稀硫酸．
【实验探究】
将冷却后的黑色物质碾碎，装入试管，加入稀盐酸溶液，观察到的现象是固体逐渐溶解，表面有气泡产生，说明铁燃烧时溅落下来的黑色物质中含有铁．
【问题2】铁燃烧的产物为什么不是Fe₂O₃呢？
【查阅资料2】
①Fe₃O₄和Fe₂O₃的分解温度、铁的熔点见表；
②Fe₂O₃高温时分解成Fe₃O₄．

	Fe3O4	Fe2O3	铁
分解温度/℃	1538	1400	-
熔点/℃	-	-	1535

【理论探讨】
根据实验现象，并结合表中数据，可推知铁在氧气里燃烧时产生的高温应在l535℃～l538℃之间，在此温度范围内Fe₂O₃已分解，所以铁在氧气里燃烧的产生是Fe₃O₄．
【拓展延伸】：
（1）Fe₂O₃高温时会分解成Fe₃O₄和一种气体，请写出此反应的化学方程式6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑；
（2）有些超市的食品密封包装盒的透明盖内放有黑色的FeO粉末，若粉末的颜色变为红色，就说明包装盒破损进气，这样售货员就能及时发现并处理．

Answer 1

分析 （1）根据实验室常用仪器的名称和题中所指仪器的作用进行分析；
根据实验中火柴的作用是：引燃铁丝；铁和氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁；集气瓶中装少量水的目的是：防止溅落的熔化物炸裂瓶底进行分析；
（2）首先根据铁能与稀盐酸反应生成气体，也能与硫酸铜反应，置换出红色的铜，来鉴别黑色物质中是否含有铁；再根据实验条件，控制温度，以制取Fe₃O₄；最后，在集气瓶底部放少量的水或沙子，就能防止热的固体溅落炸裂集气瓶；已知反应物和生成物，写出反应，配平即可；如果包装盒破损进气，空气中的氧气就把氧化亚铁氧化，黑色就变成红棕色氧化铁．

解答 解：（1）通过分析题中所指仪器的作用可知，a是坩埚钳，实验中火柴的作用是：引燃铁丝；铁和氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁，化学方程式为：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄，集气瓶中装少量水的目的是：防止溅落的熔化物炸裂瓶底；
（2）：【实验探究】部分：要想证明，铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还含有铁，可以将冷却后的黑色物质碾碎，装入试管，加入稀盐酸或硫酸铜等溶液，如果出现冒气泡、生成红色固体等现象，就证明黑色物质中还含有铁．
【理论探讨】根据Fe₃O₄和Fe₂O₃的分解温度、铁的熔点，首先铁需要在融化状态下反应，所以应该是高于1535℃，其次是要防止四氧化三铁分解，所以温度应该是低于1538℃，所以应该控制温度在l535℃～l538℃，这时Fe₂O₃的分解温度低，已经分解了，铁在氧气里燃烧的产生是只有Fe₃O₄；
【拓展延伸】（1）氧化铁在高温的条件下生成四氧化三铁和氧气，化学方程式为：6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑；
（2）如果包装盒破损进气，空气中的氧气就把氧化亚铁氧化，黑色就变成红棕色氧化铁．
故答案为：（1）坩埚钳，引燃铁丝；3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄，防止溅落的熔化物炸裂瓶底；
（2）【实验探究】稀盐酸、硫酸铜等；冒气泡、生成红色固体等；
【理论探讨】l535℃～l538℃；
【拓展延伸】
（1）6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑；
（2）红色．

点评 本题考查铁的化学性质，探究铁的不同氧化物之间的转化关系，以及控制反应条件得到不同产物的方法．