Question

2．善于提出问题、探究问题和解决问题是学好化学的重要方法，某研究性学习小组的同学在学习铁及其化合物知识时进行了系列研究．
I．提出问题
问题1：铁为何称为黑色金属？
问题2：铁和氧气在不同条件下能发生哪些反应？
问题3：铁有多种氧化物，它们的性质有哪些差异？
问题4：用一氧化碳还原氧化铁得到的黑色固体一定是单质铁吗？
Ⅱ．解决问题
【问题1】对于黑色金属，上网查寻，有两种说法
a．因为在金属表面有黑色的氧化物，所以叫黑色金属
b．因为金属本身的颜色为黑色，所以叫黑色金属
（1）你认为上述说法正确的是a（填“a”或“b”）．
【问题2】通过学习，已经知道铁丝在潮湿的空气中能生锈，也能在纯氧中燃烧．
（2）请写出一种防止钢铁生锈的方法涂油或刷漆；
（3）请写出铁丝在纯氧中燃烧的化学方程式3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
【问题3】查阅资料：
a．铁常见的氧化物有氧化铁（Fe₂O₃）、四氧化三铁（Fe₃O₄）和氧化亚铁（FeO）．
b．四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的化合物．它不溶于水，能溶于盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁和水．
c．氧化亚铁是不溶于水的黑色粉末，能溶于盐酸反应生成氯化亚铁和水，无磁性，也不能被磁铁吸引．
（4）请写出四氧化三铁与盐酸反应的化学方程式Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
（5）合成氨工业生产中所用到的催化剂是铁触媒，其主要的成分是FeO和Fe₂O₃，当FeO和Fe₂O₃中铁元素的质量比为1：2时，该催化剂的催化作用效果最好，此时FeO和Fe₂O₃的质量比为9：20．
【问题4】．查阅资料：一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关，该固体产物可能含有四氧化三铁、氧化亚铁．
（6）写出一氧化碳还原氧化铁的固体产物只为铁时的反应化学方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（7）某实验小组同学取实验室用一氧化碳还原氧化铁得到的黑色粉末，结合所查阅资料的内容，分A、B两组进行实验以判断产物是否一定只是单质铁．

实验组	实验操作	实验现象	实验解释与结论
A	取适量黑色粉末于试管，加入足量稀盐酸充分反应．	有气体生成，固体全部溶解．	解释：生成气体的反应方程式为：①Fe+2HCl═FeCl2+H2↑； 结论：产物全部是铁．
B	取适量黑色粉末于试管，加入足量硫酸铜溶液．	有红色固体生成，反应充分后仍有黑色固体．	解释：生成红色固体反应方程式为：②Fe+CuSO4═FeSO4+Cu； 结论：产物不全部是铁．

③根据上述实验，你认为正确结论的实验组是B（填A或B）．

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亚铁，颜色都是黑色氧化物，氧化铁是红色氧化物，常温下缓慢氧化或电化腐蚀生成得到，氧化铁为红色，四氧化三铁为黑色；
（2）防止铁生锈就是使铁与水或氧气隔绝；
（3）首先根据反应原理找出反应物、生成物、反应条件，根据化学方程式的书写方法、步骤进行书写即可；
（4）根据方程式书写分析；
（5）根据当FeO、Fe₂O₃中铁元素的质量比为1﹕2时，此时FeO、Fe₂O₃的质量比就等于二者的相对分子质量之比进行解答；
（6）首先根据反应原理找出反应物、生成物、反应条件，根据化学方程式的书写方法、步骤进行书写即可；
（7）首先根据反应原理找出反应物、生成物、反应条件，根据化学方程式的书写方法、步骤进行书写即可．
（8）四氧化三铁也能稀盐酸反应．

解答 解：（1）由于氧化铁为红色，四氧化三铁为黑色，则b的说法不正确，a说法正确．故填：a；
（2）防止铁生锈就是使铁与水或氧气隔绝，可以采用涂油或刷漆的方法．故填：涂油或刷漆；
（3）铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁，反应的化学方程式为3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．故填：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
（4）四氧化三铁与盐酸反应生成氯化铁、氯化亚铁和水，化学方程式为：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O．故填：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
（5）当FeO、Fe₂O₃中铁元素的质量比为1﹕2时，此时FeO、Fe₂O₃的质量比就等于二者的相对分子质量之比，所以FeO、Fe₂O₃的质量比为（56+16）：（56×2+16×3）=9：20．故填：9：20．
（6）工业上用一氧化碳还原赤铁矿石（主要成分为氧化铁）炼铁，主要是利用CO的还原性，在高温下和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
故答案为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO；
（7）①铁与盐酸反应产生氯化亚铁和氢气，反应的方程式为：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；故答案为：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑．故填：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑．
②铁与硫酸铜溶液反应生成硫酸亚铁和红色的铜，反应 的化学方程式为：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．故答案为：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．
③四氧化三铁也能稀盐酸反应，因此A中有气体生成，固体全部溶解，也可能有四氧化三铁，故填B．

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，题目难度较大，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．