Question

13．某化學小組同學研究鐵絲在氧氣中燃燒的反應，進行了如下實驗，取一段打磨好的螺旋狀鐵絲，在下面系一根火線，點燃火柴，待火柴快燃盡時，插入充滿氧氣且放有少量水的集氣瓶中，觀察到如下現(xiàn)象，鐵絲下端熔成一個小鐵球，生成一種黑色固體，做完實驗以后小明對該實驗有兩個問題疑惑不解，分別做了以下探究實驗：【問題一】掉落下來的黑色固體中是否仍然含有鐵？
為了確定該黑色固體的成分，同學們查閱以下資料
①鐵粉是黑色或灰黑色粉末，四氧化三鐵為黑色固體，具有磁性．
②四氧化三鐵和鹽酸反應：Fe₃O₄+8HCl═2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O
有同學提出：用磁鐵來確定黑色固體的成分，其他同學表示反對，其理由為鐵和四氧化三鐵都能被磁鐵吸引．
經過討論，同學們設計了以下實驗方案，通過實驗確定了黑色固體的成分．

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
取少量黑色固體于試管中，加入適量鹽酸，放置一段時間	現(xiàn)象1：液體由無色變?yōu)辄S色	黑色固體中含有四氧化三鐵
	現(xiàn)象2：有氣泡冒出	黑色固體中含有鐵

【問題二】鐵燃燒的產物為什么不是FeO或Fe₂O₃呢？
查閱資料：①FeO在空氣中極易被氧化為Fe₂O₃．
②Fe₂O₃絕Fe₃O₄的分解度和熔點見下表：

	Fe3O4	Fe2O3	鐵
分解溫度/℃	1538	1400
熔點/℃			1535

結合表中數(shù)據(jù)，可推知鐵在氧氣里燃燒時產生的高溫應在1535---1538℃之間，在此溫度范圍內Fe₂O₃已分解，所以鐵在氧氣里燃燒的產物是Fe₃O₄．
拓展延伸
（1）有些食品包裝盒的透明蓋內放有黑色的FeO粉末，若粉末的顏色由黑色變?yōu)榧t色，就說明包裝盒破損透氣，這樣售貨員就能及時發(fā)現(xiàn)并處理；
（2）下列鐵的氧化物中，鐵元素的質量分數(shù)由大到小的順序是A＞C＞B（填字母）．
A、FeO    B、Fe₂O₃    C、Fe₃O₄
（3）Fe₂O₃高溫時分解成Fe₃O₄和一種氣體，請寫出該反應的方程式6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑．

Answer 1

分析 根據(jù)已有的知識進行分析解答，四氧化三鐵和鐵都能被磁鐵吸引，根據(jù)四氧化三鐵與鹽酸反應的生成物、鐵與鹽酸反應的生成物判斷；根據(jù)氧化亞鐵能被氧化為氧化鐵，顏色發(fā)生改變解答；根據(jù)化學式計算元素的質量分數(shù)，根據(jù)反應物和生成物以及反應的條件書寫反應的化學方程式．

解答 解：【問題一】鐵和四氧化三鐵都能被磁鐵吸引，故不能用磁鐵來確定黑色固體的成分，故填：鐵和四氧化三鐵都能被磁鐵吸引．
四氧化三鐵能與鹽酸反應生成氯化鐵，水溶液變黃，鐵能與鹽酸反應產生氣體，會觀察到氣泡產生，故填：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結論
取少量黑色固體于試管中，加入適量鹽酸，放置一段時間	現(xiàn)象1：液體由無色變?yōu)辄S色	黑色固體中含有四氧化三鐵
	現(xiàn)象2：有氣泡冒出	黑色固體中含有鐵

【問題二】由于鐵絲燃燒時先由于溫度升高開始熔化后達到著火點燃燒，所以溫度需要達到鐵的熔點，又因為生成物是四氧化三鐵，所以溫度不能高于四氧化三鐵的分解溫度，否則會得不到四氧化三鐵，所以溫度是1535℃--1538℃之間；由于在該溫度下氧化鐵已經分解，所以得不到氧化鐵；
故答案為：1535---1538；Fe₂O₃．
拓展延伸
（1）有些食品包裝盒的透明蓋內放有黑色的FeO粉末，氧化亞鐵能被氧氣氧化生成氧化鐵，顏色由黑色變?yōu)榧t色，故填：由黑色變?yōu)榧t色；
（2）將鐵的氧化物的化學式改寫，可以變?yōu)椋篈、Fe₆O₆，B、Fe₆O₉；C、Fe₆O₈；故鐵元素的質量分數(shù)由大到小的順序是A＞C＞B；故填：A＞C＞B；
（3）Fe₂O₃高溫時分解成Fe₃O₄和氧氣，故填：6Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₃O₄+O₂↑．

點評 解答本題容易出錯的地方是鐵絲燃燒的溫度范圍，要知道鐵絲燃燒需要達到熔點才能開始燃燒，溫度不能超過四氧化三鐵的分解溫度，否則就得不到四氧化三鐵了．