题目内容

做完“铁在氧气里燃烧”实验后,某兴趣小组有一些疑惑不解的问题,于是他们进行了以下探究活动,请你一同参与.
【问题1】细铁丝在氧气中燃烧为什么会“火星四射”?
【查阅资料1】①日常生活中的钢铁制品都含有少量碳杂质. ②含碳细铁丝燃烧时,其中的炭粒生成的CO2气体在熔融液态物质中形成气泡,熔融液态物质因气泡炸裂引起“火星四射”的现象.
【设计实验】为了探究细铁丝在纯氧中燃烧产生“火星四射”现象的原因,该小组同学设计的实验方案是:取长短粗细相同的含碳细铁丝和不含碳的细铁丝,分别在足量的氧气中燃烧,观察现象.你认为他们的方案
合理
合理
(填“合理”或“不合理”).
【实验探究1】小明做细铁丝在氧气中的燃烧实验时,他把细铁丝绕成螺旋状,一端系在一根铁丝上,另一端系上一根火柴.点燃火柴后迅速把铁丝连同火柴一起插入集气瓶下部(没有接触到细沙,如图所示),但不见铁丝燃烧,反复实验均未成功.
该同学认为可能导致失败的原因主要有三种:
A.铁丝表面有锈迹,影响了反应的进行;
B.点燃火柴后立即将它伸入瓶内,火柴燃烧消耗了氧气,不利于铁丝的燃烧;
C.火柴燃烧时有大量的热量放出,将铁丝和火柴迅速伸至集气瓶下部,因热胀冷缩之故.瓶内氧气会膨胀逸出,使铁丝无法燃烧.
实验:根据以上假设,他对实验应作的相应改进为:
(1)
用砂纸将铁丝表面的锈除去
用砂纸将铁丝表面的锈除去
;(2)
待火柴快烧尽再将铁丝放入集气瓶中
待火柴快烧尽再将铁丝放入集气瓶中
;(3)
将铁丝和火柴伸至集气瓶中上部,缓缓伸至集气瓶底部
将铁丝和火柴伸至集气瓶中上部,缓缓伸至集气瓶底部
.
【问题2】铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还有没有铁呢?
【查阅资料2】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酸的溶液.
【实验探究2】将冷却后的黑色物质碾碎,装入试管,加入
稀盐酸、硫酸铜等
稀盐酸、硫酸铜等
溶液,观察到的现象是
冒气泡、出现红色固体等
冒气泡、出现红色固体等
,说明铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还含有铁.
【问题3】铁燃烧的产物为什么不是Fe2O3呢?
【查阅资料3】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℃
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物是Fe3O4.
【拓展延伸】
(1)小林同学发现“铁丝”在纯净氧气中燃烧起来,观察到火星四射,并有黑色固体生成,请写出该反应的化学方程式
3Fe+2O2
 点燃 
.
 
Fe3O4
3Fe+2O2
 点燃 
.
 
Fe3O4
;
(2)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
6Fe203
 高温 
.
 
4Fe304+02↑
6Fe203
 高温 
.
 
4Fe304+02↑
;
(3)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
由黑色变成红棕色
由黑色变成红棕色
,就说明包装盒破损进气,这样售货员就能及时发现并处理.
分析:[设计实验]:根据[查阅资料1]可知铁丝在纯氧中燃烧产生“火星四射”现象,是因为有碳的原因.要证明这一点就要取含碳铁丝与不含碳铁丝进行比较;
[实验探究1]:根据该同学分析的实验失败的原因采取对应的改进措施;
[实验探究2]: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,设计实验来鉴别黑色物质中是否含有铁;
[理论探讨]:铁丝燃烧的生成物是四氧化三铁,说明四氧化三铁还未分解,铁的熔点是l535℃,由此推测铁在氧气中燃烧产生的高温应是氧化铁分解,而四氧化三铁还未分解,据此判断温度范围;
[拓展延伸]
(1)四氧化三铁是黑色的固体,据反应原理书写方程式;
(2)据反应物、生成物、反应条件书写方程式;
(3)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:【设计实验】通过[查阅资料1]知“含碳细铁丝燃烧时,其中的炭粒生成的CO2气体在熔融液态物质中形成气泡,熔融液态物质因气泡炸裂引起“火星四射”的”;要验证这一点,可进行对比试验,也就是取含碳铁丝与不含碳铁丝分别在氧气中燃烧,观察现象.故该同学的实验设计是合理的;
【实验探究1】该同学认为可能导致失败的原因主要有三种:A.铁丝表面有锈迹,影响了反应的进行;B.点燃火柴后立即将它伸入瓶内,火柴燃烧消耗了氧气,不利铁丝燃烧;C.火柴燃烧时有大量的热量放出,将铁丝和火柴迅速伸至集气瓶下部,因热胀冷缩之故.瓶内氧气会膨胀逸出,使铁丝无法燃烧;针对以上假设,可设计对应的实验加以验证:(1)用砂纸将铁丝表面的锈除去(2)待火柴快烧尽再将铁丝放入集气瓶中(3)将铁丝和火柴伸至集气瓶中上部,缓缓伸至集气瓶底部,然后观察现象进行判断;
【实验探究2】: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、出现红色固体等现象,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℃,这是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)“铁丝”在纯净氧气中燃烧起来,观察到火星四射,并有黑色固体生成,说明生成四氧化三铁,反应方程式是3Fe+2O2
 点燃 
.
 
Fe3O4;
(2)已知反应物和生成物,写出反应,配平即可:6Fe203
 高温 
.
 
4Fe304+02↑;
(3)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:
[设计实验]合理;
[实验探究1](1)用砂纸将铁丝表面的锈除去;(2)待火柴快烧尽再将铁丝放入集气瓶中;(3)将铁丝和火柴伸至集气瓶中上部,缓缓伸至集气瓶底部;
[实验探究2]稀盐酸、硫酸铜等;冒气泡、出现红色固体等;
[理论探讨]l535℃~l538℃;
[拓展延伸]
(1)3Fe+2O2
 点燃 
.
 
Fe3O4; (2)6Fe203
 高温 
.
 
4Fe304+02↑;    (3)由黑色变成红棕色.
点评:本题考查铁丝燃烧实验及铁的化学性质,探究铁的不同氧化物之间的转化关系等知识,以及控制反应条件得到不同产物的方法,认真分析所给的资料,同时结合所学的知识,才能得出正确结论.
练习册系列答案
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做完“铁在氧气里燃烧”的实验后,小李同学有两个疑惑不解的问题,于是她进行了以下探究活动,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?
【资料卡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酸的溶液.
【实验探究】将冷却后的黑色物质碾碎,装入试管,加入
 
溶液,观察到的现象是
 
,说明铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还含有铁.小李想到用磁铁吸引也可以更简便的明黑色物质中是否有铁,你认为这种方法可行吗?
 
,理由是
 
.
【问题2】铁燃烧的产物为什么不是Fe2O3呢?
【资料卡2】(1)Fe3O4和Fe2O3的分解温度、铁的熔点见下表:
Fe3O4 Fe2O3 铁
分解温度/℃ 1538 1400 --
熔点/℃ -- -- 1535
(2)Fe2O3高温时分解成Fe3O4.
【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
 
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)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
 
.
(2)在探究铁生锈的条件时,将铁钉浸没在试管里的食盐水中,一段时间后,发现试管底部出现了黑色粉末.对此黑色粉末的组成做了如下几种猜测:
①Fe、②Fe2O3、③Fe3O4、④FeCl3、⑤数种物质的混合物.
你认为上述猜想中,不做实验就可排除的是
 
和
 
填序号),理由是
 
;你认为黑色粉末还可能是
 
,理由是
 
.

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