Question

6．某化學興趣小組如圖1模擬教材中的煉鐵實驗，再將所得的黑色粉末物質與足量的稀硫酸反應，發現黑色粉末消失，但始終沒有氣泡生成．

（1）鐵元素的常見價態有+2、+3．將Fe₃O₄表示為兩種氧化物的結合形式FeO•Fe₂O₃．
（2）根據現象“沒有氣泡生成”猜想，黑色粉末物質可能是：
①氧化亞鐵；②四氧化三鐵；③氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物．
（3）圖中裝置有明顯缺陷，從環保角度出發，應采取的措施是將尾氣點燃．
（4）從實驗安全角度考慮，應在裝置A、B間增加一個安全瓶，可以有效防止B中的澄清石灰水倒吸入A中．
（5）某科技小組查閱CO與Fe₂O₃反應各產物開始生成的溫度情況：
Fe₂O₃$\stackrel{300℃以上}{→}$Fe₃O₄$\stackrel{600℃以上}{→}$FeO$\stackrel{700℃以上}{→}$Fe
由于酒精燈通常只能提供400-500℃的溫度，則黑色粉末的成分理論上可確定為Fe₃O₄．
（6）設計實驗對黑色粉末進行探究．

操作步驟	實驗現象	解釋或反應方程式
1．取少量黑色物質加入 30%熱的鹽酸中	無氣泡、溶液顏 色變成黃綠色	該反應的化學方程式：Fe3O4+8HCl═FeCl2+2FeCl3+4H2O
2．用磁鐵吸引此粉末	能夠被吸引	說明該物質具有磁性

某同學選用X溶液與黑色粉末反應，也可以證明黑色粉末中不含有Fe，則X為A．
A．硫酸銅溶液  B．硫酸鈉溶液  C．氫氧化鈉溶液  D．氫氧化鈣溶液
（7）在一定溫度下，該科研小組將3.2克Fe₂O₃與足量的CO混合加熱，反應結束后冷卻，精確稱量黑色粉末質量為ag（計算保留兩位有效數字）
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則a的取值范圍是2.24g＜a＜3.09g．
（8）請你畫出以溫度為橫坐標，玻璃管中剩余固體的質量為縱坐標（如圖2），表示用CO還原Fe₂O₃．

Answer 1

分析 根據已有的鐵元素的化合價進行分析解答，根據氧化亞鐵、四氧化三鐵是黑色固體分析解答，根據一氧化碳具有毒性，會污染空氣，結合小組查閱資料和相關實驗現象解答．

解答 解：（1）鐵元素常見的價態有+2、+3價，將Fe₃O₄表示為兩種氧化物的結合形式可以是FeO•Fe₂O₃，故填：+2，+3，FeO•Fe₂O₃；
（2）鐵粉能與硫酸反應產生氣體，氧化亞鐵和四氧化三鐵都能與稀硫酸反應，但是沒有氣泡產生，故黑色粉末可能是氧化亞鐵和四氧化三鐵，或是二者的混合物，故填：氧化亞鐵，四氧化三鐵，氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物；
（3）一氧化碳具有毒性，排放到空氣中會污染空氣，故需要將尾氣進行點燃處理；故填：將尾氣點燃，
（4）在裝置A、B之間增加一個安全瓶，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）由于酒精燈通常只能提供400-500℃的溫度，黑色粉末的成分理論上為：Fe₃O₄故填：Fe₃O₄．
（6）取少量黑色物質加入30%熱的鹽酸中，無氣泡、溶液顏色變成黃綠色，說明溶液中既有鐵離子也有亞鐵離子；所以黑色粉末為Fe₃O₄；反應方程式為：Fe₃O₄+8HCl═FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
因為“黑色粉末可被磁鐵感應”、“FeO不能被磁鐵吸引”，推測生成的黑色物質為只能為Fe₃O₄，用磁鐵吸引此粉末能夠被吸引，說明該物質具有磁性；
故填：Fe₃O₄+8HCl═FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；磁；
證明黑色粉末中不含有Fe，可以用可以與鐵反應的物質硫酸銅來驗證，加入硫酸銅溶液，如果黑色固體表面會沒有附著紅色物質，溶液沒有逐漸由藍色變為淺綠色，說明黑色粉末中不含有Fe，故填：A；
（7）①3.2克Fe₂O₃與足量的CO混合加熱，黑色粉末是Fe，可得鐵的質量為3.2g×$\frac{112}{160}$×100%=2.24g，
②3.2克Fe₂O₃與足量的CO混合加熱，黑色粉末是FeO，則2.24g的鐵元素對應的FeO質量為：2.24g×$\frac{72}{56}$=2.88g；
③黑色粉末質量為3.09g，則其中氧元素的質量為3.09g-2.24g=0.85g，設化合物的化學式為Fe_xO_y，則Fe與O元素的質量比為：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則a的取值范圍是2.24g＜a＜3.09g；
故填：①2.24；②2.88；③Fe₃O₄；④2.24g＜a＜3.09g；
（8）以溫度為橫坐標，玻璃管中剩余固體的質量為縱坐標，可得．

點評 解答本題要掌握煉鐵方面的知識，只有掌握了煉鐵的原理和性質才能對問題做出正確的判斷．