Question

13．某化学小组同学研究铁丝在氧气中燃烧的反应，进行了如下实验，取一段打磨好的螺旋状铁丝，在下面系一根火线，点燃火柴，待火柴快燃尽时，插入充满氧气且放有少量水的集气瓶中，观察到如下现象，铁丝下端熔成一个小铁球，生成一种黑色固体，做完实验以后小明对该实验有两个问题疑惑不解，分别做了以下探究实验：【问题一】掉落下来的黑色固体中是否仍然含有铁？
为了确定该黑色固体的成分，同学们查阅以下资料
①铁粉是黑色或灰黑色粉末，四氧化三铁为黑色固体，具有磁性．
②四氧化三铁和盐酸反应：Fe₃O₄+8HCl═2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O
有同学提出：用磁铁来确定黑色固体的成分，其他同学表示反对，其理由为铁和四氧化三铁都能被磁铁吸引．
经过讨论，同学们设计了以下实验方案，通过实验确定了黑色固体的成分．

实验操作	实验现象	实验结论
取少量黑色固体于试管中，加入适量盐酸，放置一段时间	现象1：液体由无色变为黄色	黑色固体中含有四氧化三铁
	现象2：有气泡冒出	黑色固体中含有铁

【问题二】铁燃烧的产物为什么不是FeO或Fe₂O₃呢？
查阅资料：①FeO在空气中极易被氧化为Fe₂O₃．
②Fe₂O₃绝Fe₃O₄的分解度和熔点见下表：

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

结合表中数据，可推知铁在氧气里燃烧时产生的高温应在1535---1538℃之间，在此温度范围内Fe₂O₃已分解，所以铁在氧气里燃烧的产物是Fe₃O₄．
拓展延伸
（1）有些食品包装盒的透明盖内放有黑色的FeO粉末，若粉末的颜色由黑色变为红色，就说明包装盒破损透气，这样售货员就能及时发现并处理；
（2）下列铁的氧化物中，铁元素的质量分数由大到小的顺序是A＞C＞B（填字母）．
A、FeO    B、Fe₂O₃    C、Fe₃O₄
（3）Fe₂O₃高温时分解成Fe₃O₄和一种气体，请写出该反应的方程式6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑．

Answer 1

分析 根据已有的知识进行分析解答，四氧化三铁和铁都能被磁铁吸引，根据四氧化三铁与盐酸反应的生成物、铁与盐酸反应的生成物判断；根据氧化亚铁能被氧化为氧化铁，颜色发生改变解答；根据化学式计算元素的质量分数，根据反应物和生成物以及反应的条件书写反应的化学方程式．

解答 解：【问题一】铁和四氧化三铁都能被磁铁吸引，故不能用磁铁来确定黑色固体的成分，故填：铁和四氧化三铁都能被磁铁吸引．
四氧化三铁能与盐酸反应生成氯化铁，水溶液变黄，铁能与盐酸反应产生气体，会观察到气泡产生，故填：

实验操作	实验现象	实验结论
取少量黑色固体于试管中，加入适量盐酸，放置一段时间	现象1：液体由无色变为黄色	黑色固体中含有四氧化三铁
	现象2：有气泡冒出	黑色固体中含有铁

【问题二】由于铁丝燃烧时先由于温度升高开始熔化后达到着火点燃烧，所以温度需要达到铁的熔点，又因为生成物是四氧化三铁，所以温度不能高于四氧化三铁的分解温度，否则会得不到四氧化三铁，所以温度是1535℃--1538℃之间；由于在该温度下氧化铁已经分解，所以得不到氧化铁；
故答案为：1535---1538；Fe₂O₃．
拓展延伸
（1）有些食品包装盒的透明盖内放有黑色的FeO粉末，氧化亚铁能被氧气氧化生成氧化铁，颜色由黑色变为红色，故填：由黑色变为红色；
（2）将铁的氧化物的化学式改写，可以变为：A、Fe₆O₆，B、Fe₆O₉；C、Fe₆O₈；故铁元素的质量分数由大到小的顺序是A＞C＞B；故填：A＞C＞B；
（3）Fe₂O₃高温时分解成Fe₃O₄和氧气，故填：6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑．

点评 解答本题容易出错的地方是铁丝燃烧的温度范围，要知道铁丝燃烧需要达到熔点才能开始燃烧，温度不能超过四氧化三铁的分解温度，否则就得不到四氧化三铁了．