Question

6．炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁反应，某同学利用该原理设计了一个实验，实验装置见图1：
Ⅰ．对实验进行分析并回答：
（1）给玻璃管加热的仪器叫酒精喷灯，要用其外焰（填“外焰”、“内焰”或“焰心”）进行加热．
（2）实验中观察到澄清石灰水的现象是石灰水变浑浊，玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化是由红棕色变成黑色．
（3）实验开始时，先通一会一氧化碳，再点燃酒精喷灯加热，目的是排净装置内的空气，以防发生爆炸．实验结束时，先停止加热，再继续通入一氧化碳直到装置冷却，目的是防止石灰水倒流或铁再被氧化．
（4）实验要在装置末端a处燃着一盏酒精灯，其作用是防止未反应的一氧化碳污染空气．
Ⅱ．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2：用一氧化碳还原氧化铁得到的黑色固体一定是单质铁吗？
Ⅲ．解决问题
【问题1】查阅资料：
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，它不溶于水，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，也不能被磁铁吸引．
【问题2】
某活动小组根据图2所示进行实验，并对产物的成分进行探究

【进行猜想】小华提出了猜想①和猜想②，请结合所学知识补充余下的一个猜想．
猜想①；黑色粉末A由铁粉和四氧化三铁（Fe₃O₄）组成
猜想②；黑色粉末A由铁粉和氧化亚铁（FeO）组成；猜想③；黑色粉末A由铁粉、氧化亚铁和四氧化三铁组成．
取适量黑色粉末B用磁铁吸引，黑色粉末全部被吸引．则猜想①正确．
取适量黑色粉末B用磁铁吸引，黑色粉末部分被吸引．则猜想②正确．
写出黑色粉末A与硫酸铜溶液的反应方程式CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu．

Answer 1

分析 Ⅰ、根据酒精喷灯火焰各部分的温度进行分析；
根据反应物和生成物，分析实验中玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化；根据二氧化碳能与氢氧化钙反应分析澄清石灰水的现象；
根据玻璃管内有空气，通入一氧化碳易发生爆炸进行分析；
根据还原出的铁温度较高，易于空气中的氧气反应重新生成铁的氧化物进行分析；
根据一氧化碳是对大气有污染的气体进行分析．
Ⅲ、运用题中信息铁的氧化物中氧化铁为红棕色，其余都为黑色，并且只有四氧化三铁能被磁铁吸引解答．
运用四氧化三铁能被磁铁吸引解答．铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜．

解答 解：Ⅰ、（1）由于酒精喷灯的外焰的温度最高，加热时要用外焰进行加热；
（2）由于在高温下，一氧化碳将氧化铁还原为铁，同时生成了二氧化碳，所以实验中玻璃管里氧化铁粉末的颜色变化是红色粉末变黑色；二氧化碳能与氢氧化钙反应生成了碳酸钙沉淀和水，所以观察到澄清石灰水的现象是：石灰水变浑浊；
（3）由于玻璃管内有空气，通入一氧化碳高温时易发生爆炸，所以实验前先通入CO，排净玻璃管中的空气再开始加热；由于还原出的铁温度较高，易于空气中的氧气反应重新生成铁的氧化物和防止石灰水倒流炸裂玻璃管，所以实验后先停止加热再停止通入CO，直到玻璃管冷却为止；
（4）为了防止一氧化碳对大气的污染，所以实验时要在装置末端a处燃着一盏酒精灯除去反应剩余的CO．
故答案为（1）外焰；
（2）石灰水变浑浊；由红棕色变成黑色；
（3）通一会一氧化碳；点燃酒精喷灯加热；排净装置内的空气，以防发生爆炸；停止加热；继续通入一氧化碳直到装置冷却；防止石灰水倒流或铁再被氧化；
（4）防止未反应的一氧化碳污染空气；
Ⅲ、【进行猜想】根据猜想①和猜想②，即黑色粉末A由铁粉和四氧化三铁（Fe₃O₄）组成和黑色粉末A由铁粉和氧化亚铁（FeO）组成可确定猜想③，故③答案：黑色粉末A由铁粉、氧化亚铁和四氧化三铁组成；
铁和四氧化三铁均能被磁铁吸引，故填：①；
氧化亚铁不能被磁铁吸引，故填：②；
铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故填：CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu．

点评 本题对铁的冶炼原理进行了拓展，以信息题的形式考查了同学们的应用知识的能力．