Question

16．善于提出问题、探究问题和解决问题是学好化学的重要的方法．某同学在学习铁及其化合物知识时提出了下列问题：
问题1：铁为何称为黑色金属？
问题2：经查证，氧化性：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO，用CO还原氧化铁得到的黑色固体一定是单质铁吗？有没有生成Fe₃O₄或FeO的可能？
问题3：Fe³⁺和SO₃^2-之间可能发生的反应有：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺（氧化还原反应），2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O═2Fe（OH）₃（胶体）+3H₂SO₃（水解反应）．实际反应究竟是哪一个？
（1）对于问题1，同学们上网查寻，有两种解释：
A．因为在铁表面上有黑色的铁的氧化物，所以叫黑色金属．
B．因为铁的粉末为黑色，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．
②有一黑色粉末，可能是铁粉、Fe₃O₄粉末、FeO粉末中的一种，请你设计一种实验方案进行检验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，继续滴加KSCN溶液，若溶液变血红色，说明是Fe₃O₄，没有变血红色说明是FeO
（2）对于问题2，同学们参观了某钢铁厂，获得了用SDTQ热分析仪对CO与Fe₂O₃进行热反应的有关数据，绘制成固体质量与反应温度的关系曲线图如图1：
①根据图象分析，反应温度500-600℃时残留固体的成分是Fe₃O₄、FeO．
②已知：酒精灯火焰温度为600℃左右，酒精喷灯火焰温度高于800℃．钢铁厂有含铁、Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO的混合粉末，某同学为了帮助钢铁厂测定其含铁元素的质量分数，称取m₁g样品，设计了如图2实验装置进行实验，当铁的氧化物全部还原为铁时，在CO的保护下冷却，称得残留固体的质量为m₂g．实验时应选择酒精喷灯加热，判断铁的氧化物全部还原为铁的方法是最后两次称量质量差小于0.1g．该装置还有没有缺陷？如果有，请提出改进意见在排放尾气的导气管口放一盏燃着的酒精灯（如没有，该空不填）．
（3）对于问题3，同学们进行了实验探究：取5mLFeCl₃溶液于试管中，逐滴加入Na₂SO₃液至过量，观察到溶液颜色由黄色逐渐变为红褐色，无气泡产生，无沉淀生成，但有丁达尔现象．取红褐色液体少许，逐滴加入稀盐酸至过量，加入BaCl₂溶液，有少量白色沉淀生成．据此实验现象，究竟发生了哪个反应？你的结论是两个反应均发生．

Answer 1

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铁，颜色都是黑色氧化物，氧化铁是红色氧化物时常温下缓慢氧化或电话腐蚀生成得到；
（2）①根据氧化：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO判断与CO反应的先后顺序，然后判断反应温度500-600℃时残留固体的成分；
②根据酒精喷灯、酒精灯的温度及该反应需要的温度进行选择加热仪器；加热到质量不再变化时即为反应完全，一般两次称量的质量差小于0.1g即为反应完全；反应物CO为有毒气体，需要进行尾气处理；
（3）根据反应生成了氢氧化铁胶体和硫酸钡沉淀进行分析．

解答 解：（1）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铁，颜色都是黑色氧化物，氧化铁是红色氧化物时常温下缓慢氧化或电话腐蚀生成得到；故答案为：A；
②金属铁能与稀盐酸反应放出氢气，铁离子能使KSCN溶液显血红色，故验证方法是：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，继续滴加KSCN溶液，若溶液变血红色，说明是Fe₃O₄，没有变血红色说明是FeO，
故答案为：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，继续滴加KSCN溶液，若溶液变血红色，说明是Fe₃O₄，没有变血红色说明是FeO；
（2）①根据氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，与CO发生反应时，Fe₂O₃优先反应，然后Fe₃O₄反应，最后FeO反应，根据图象曲线可知，加热到400-500℃Fe₂O₃逐渐反应，到500℃时Fe₂O₃反应完全，此时固体混合物为Fe₃O₄、FeO，
故答案为：Fe₃O₄、FeO；
②精灯火焰温度为600℃左右，酒精喷灯火焰温度高于800℃，而该反应需要加热到800℃，所以只能选用酒精喷灯加热；当最后两次称量质量差小于0.1g，则氧化物全部还原为铁；由于反应中用到的还原剂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，
故答案为：酒精喷；最后两次称量质量差小于0.1g；在排放尾气的导气管口放一盏燃着的酒精灯；
（3）用稀释的FeCl₃和Na₂SO₃溶液实验，观察到溶液颜色由黄色逐渐变为红褐色，无气泡产生，无沉淀生成，但有丁达尔现象，证明有氢氧化铁胶体生成，取红褐色液体少许，逐滴加入稀盐酸至过量，加入BaCl₂溶液，有少量白色沉淀生成，证明了Fe³⁺与SO₃^2-发生氧化还原反应生成SO₄^2-，故氧化还原反应和双水解反应是同时进行的，
故答案为：两个反应均发生．

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，题目难度中等，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．