Question

6．某化学兴趣小组如图1模拟教材中的炼铁实验，再将所得的黑色粉末物质与足量的稀硫酸反应，发现黑色粉末消失，但始终没有气泡生成．

（1）铁元素的常见价态有+2、+3．将Fe₃O₄表示为两种氧化物的结合形式FeO•Fe₂O₃．
（2）根据现象“没有气泡生成”猜想，黑色粉末物质可能是：
①氧化亚铁；②四氧化三铁；③氧化亚铁和四氧化三铁的混合物．
（3）图中装置有明显缺陷，从环保角度出发，应采取的措施是将尾气点燃．
（4）从实验安全角度考虑，应在装置A、B间增加一个安全瓶，可以有效防止B中的澄清石灰水倒吸入A中．
（5）某科技小组查阅CO与Fe₂O₃反应各产物开始生成的温度情况：
Fe₂O₃$\stackrel{300℃以上}{→}$Fe₃O₄$\stackrel{600℃以上}{→}$FeO$\stackrel{700℃以上}{→}$Fe
由于酒精灯通常只能提供400-500℃的温度，则黑色粉末的成分理论上可确定为Fe₃O₄．
（6）设计实验对黑色粉末进行探究．

操作步骤	实验现象	解释或反应方程式
1．取少量黑色物质加入 30%热的盐酸中	无气泡、溶液颜 色变成黄绿色	该反应的化学方程式：Fe3O4+8HCl═FeCl2+2FeCl3+4H2O
2．用磁铁吸引此粉末	能够被吸引	说明该物质具有磁性

某同学选用X溶液与黑色粉末反应，也可以证明黑色粉末中不含有Fe，则X为A．
A．硫酸铜溶液  B．硫酸钠溶液  C．氢氧化钠溶液  D．氢氧化钙溶液
（7）在一定温度下，该科研小组将3.2克Fe₂O₃与足量的CO混合加热，反应结束后冷却，精确称量黑色粉末质量为ag（计算保留两位有效数字）
①若a=2.24g，黑色粉末是Fe；②若a=2.88g，黑色粉末是FeO；③若a=3.09g，黑色粉末是Fe₃O₄；
④若黑色粉末是混合物则a的取值范围是2.24g＜a＜3.09g．
（8）请你画出以温度为横坐标，玻璃管中剩余固体的质量为纵坐标（如图2），表示用CO还原Fe₂O₃．

Answer 1

分析 根据已有的铁元素的化合价进行分析解答，根据氧化亚铁、四氧化三铁是黑色固体分析解答，根据一氧化碳具有毒性，会污染空气，结合小组查阅资料和相关实验现象解答．

解答 解：（1）铁元素常见的价态有+2、+3价，将Fe₃O₄表示为两种氧化物的结合形式可以是FeO•Fe₂O₃，故填：+2，+3，FeO•Fe₂O₃；
（2）铁粉能与硫酸反应产生气体，氧化亚铁和四氧化三铁都能与稀硫酸反应，但是没有气泡产生，故黑色粉末可能是氧化亚铁和四氧化三铁，或是二者的混合物，故填：氧化亚铁，四氧化三铁，氧化亚铁和四氧化三铁的混合物；
（3）一氧化碳具有毒性，排放到空气中会污染空气，故需要将尾气进行点燃处理；故填：将尾气点燃，
（4）在装置A、B之间增加一个安全瓶，可有效防止B中的澄清石灰水倒吸入A中，故填：B中的澄清石灰水倒吸入A中．
（5）由于酒精灯通常只能提供400-500℃的温度，黑色粉末的成分理论上为：Fe₃O₄故填：Fe₃O₄．
（6）取少量黑色物质加入30%热的盐酸中，无气泡、溶液颜色变成黄绿色，说明溶液中既有铁离子也有亚铁离子；所以黑色粉末为Fe₃O₄；反应方程式为：Fe₃O₄+8HCl═FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
因为“黑色粉末可被磁铁感应”、“FeO不能被磁铁吸引”，推测生成的黑色物质为只能为Fe₃O₄，用磁铁吸引此粉末能够被吸引，说明该物质具有磁性；
故填：Fe₃O₄+8HCl═FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；磁；
证明黑色粉末中不含有Fe，可以用可以与铁反应的物质硫酸铜来验证，加入硫酸铜溶液，如果黑色固体表面会没有附着红色物质，溶液没有逐渐由蓝色变为浅绿色，说明黑色粉末中不含有Fe，故填：A；
（7）①3.2克Fe₂O₃与足量的CO混合加热，黑色粉末是Fe，可得铁的质量为3.2g×$\frac{112}{160}$×100%=2.24g，
②3.2克Fe₂O₃与足量的CO混合加热，黑色粉末是FeO，则2.24g的铁元素对应的FeO质量为：2.24g×$\frac{72}{56}$=2.88g；
③黑色粉末质量为3.09g，则其中氧元素的质量为3.09g-2.24g=0.85g，设化合物的化学式为Fe_xO_y，则Fe与O元素的质量比为：56x：16y=2.24g：0.85g
解得：x：y=3：4，所以黑色粉末是Fe₃O₄；
④若黑色粉末是混合物则a的取值范围是2.24g＜a＜3.09g；
故填：①2.24；②2.88；③Fe₃O₄；④2.24g＜a＜3.09g；
（8）以温度为横坐标，玻璃管中剩余固体的质量为纵坐标，可得．

点评 解答本题要掌握炼铁方面的知识，只有掌握了炼铁的原理和性质才能对问题做出正确的判断．