Question

做完“鐵在氧氣里燃燒”實驗后，某興趣小組有一些疑惑不解的問題，于是他們進行了以下探究活動，請你一同參與．
[問題1]細鐵絲在氧氣中燃燒為什么會“火星四射”？
[查閱資料1]①日常生活中的鋼鐵制品都含有少量碳雜質(zhì)． ②含碳細鐵絲燃燒時，其中的炭粒生成的CO₂氣體在熔融液態(tài)物質(zhì)中形成氣泡，熔融液態(tài)物質(zhì)因氣泡炸裂引起“火星四射”的現(xiàn)象．
[設計實驗]為了探究細鐵絲在純氧中燃燒產(chǎn)生“火星四射”現(xiàn)象的原因，該小組同學設計的實驗方案是：取長短粗細相同的含碳細鐵絲和不含碳的細鐵絲，分別在足量的氧氣中燃燒，觀察現(xiàn)象．你認為他們的方案    （填“合理”或“不合理”）．
[實驗探究1]小明做細鐵絲在氧氣中的燃燒實驗時，他把細鐵絲繞成螺旋狀，一端系在一根鐵絲上，另一端系上一根火柴．點燃火柴后迅速把鐵絲連同火柴一起插入集氣瓶下部（沒有接觸到細沙，如圖所示），但不見鐵絲燃燒，反復實驗均未成功．
該同學認為可能導致失敗的原因主要有三種：
A．鐵絲表面有銹跡，影響了反應的進行；
B．點燃火柴后立即將它伸入瓶內(nèi)，火柴燃燒消耗了氧氣，不利于鐵絲的燃燒；
C．火柴燃燒時有大量的熱量放出，將鐵絲和火柴迅速伸至集氣瓶下部，因熱脹冷縮之故．瓶內(nèi)氧氣會膨脹逸出，使鐵絲無法燃燒．
實驗：根據(jù)以上假設，他對實驗應作的相應改進為：
（1）    ；（2）    ；（3）    ．
[問題2]鐵燃燒時濺落下來的黑色物質(zhì)中還有沒有鐵呢？
[查閱資料2]①自然界中鐵的氧化物主要是Fe₃O₄和Fe₂O₃兩種（FeO極易被氧化為Fe₂O₃）；②鐵的氧化物均能溶于酸的溶液．
[實驗探究2]將冷卻后的黑色物質(zhì)碾碎，裝入試管，加入    溶液，觀察到的現(xiàn)象是    ，說明鐵燃燒時濺落下來的黑色物質(zhì)中還含有鐵．
[問題3]鐵燃燒的產(chǎn)物為什么不是Fe₂O₃呢？
[查閱資料3]①Fe₃O₄和Fe₂O₃的分解溫度、鐵的熔點見表：②Fe₂O₃高溫時分解成Fe₃O₄．

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

[理論探討]
根據(jù)實驗現(xiàn)象，并結(jié)合表中數(shù)據(jù)，可推知鐵在氧氣里燃燒時產(chǎn)生的高溫應在    之間，在此溫度范圍內(nèi)Fe₂O₃已分解，所以鐵在氧氣里燃燒的產(chǎn)物是Fe₃O₄．
[拓展延伸]
（1）小林同學發(fā)現(xiàn)“鐵絲”在純凈氧氣中燃燒起來，觀察到火星四射，并有黑色固體生成，請寫出該反應的化學方程式    ；
（2）Fe₂O₃高溫時會分解成Fe₃O₄和一種氣體，請寫出此反應的化學方程式    ；
（3）有些超市的食品密封包裝盒的透明蓋內(nèi)放有黑色的FeO粉末，若粉末的顏色    ，就說明包裝盒破損進氣，這樣售貨員就能及時發(fā)現(xiàn)并處理．

Answer 1

【答案】分析：[設計實驗]：根據(jù)[查閱資料1]可知鐵絲在純氧中燃燒產(chǎn)生“火星四射”現(xiàn)象，是因為有碳的原因．要證明這一點就要取含碳鐵絲與不含碳鐵絲進行比較；
[實驗探究1]：根據(jù)該同學分析的實驗失敗的原因采取對應的改進措施；
[實驗探究2]：根據(jù)鐵能與稀鹽酸反應生成氣體，也能與硫酸銅反應，置換出紅色的銅，設計實驗來鑒別黑色物質(zhì)中是否含有鐵；
[理論探討]：鐵絲燃燒的生成物是四氧化三鐵，說明四氧化三鐵還未分解，鐵的熔點是l535℃，由此推測鐵在氧氣中燃燒產(chǎn)生的高溫應是氧化鐵分解，而四氧化三鐵還未分解，據(jù)此判斷溫度范圍；
[拓展延伸]
（1）四氧化三鐵是黑色的固體，據(jù)反應原理書寫方程式；
（2）據(jù)反應物、生成物、反應條件書寫方程式；
（3）如果包裝盒破損進氣，空氣中的氧氣就把氧化亞鐵氧化，黑色就變成紅棕色氧化鐵．
解答：解：【設計實驗】通過[查閱資料1]知“含碳細鐵絲燃燒時，其中的炭粒生成的CO₂氣體在熔融液態(tài)物質(zhì)中形成氣泡，熔融液態(tài)物質(zhì)因氣泡炸裂引起“火星四射”的”；要驗證這一點，可進行對比試驗，也就是取含碳鐵絲與不含碳鐵絲分別在氧氣中燃燒，觀察現(xiàn)象．故該同學的實驗設計是合理的；
【實驗探究1】該同學認為可能導致失敗的原因主要有三種：A．鐵絲表面有銹跡，影響了反應的進行；B．點燃火柴后立即將它伸入瓶內(nèi)，火柴燃燒消耗了氧氣，不利鐵絲燃燒；C．火柴燃燒時有大量的熱量放出，將鐵絲和火柴迅速伸至集氣瓶下部，因熱脹冷縮之故．瓶內(nèi)氧氣會膨脹逸出，使鐵絲無法燃燒；針對以上假設，可設計對應的實驗加以驗證：（1）用砂紙將鐵絲表面的銹除去（2）待火柴快燒盡再將鐵絲放入集氣瓶中（3）將鐵絲和火柴伸至集氣瓶中上部，緩緩伸至集氣瓶底部，然后觀察現(xiàn)象進行判斷；
【實驗探究2】：要想證明：鐵燃燒時濺落下來的黑色物質(zhì)中還含有鐵，可以將冷卻后的黑色物質(zhì)碾碎，裝入試管，加入稀鹽酸或硫酸銅等溶液，如果出現(xiàn)冒氣泡、出現(xiàn)紅色固體等現(xiàn)象，就證明黑色物質(zhì)中還含有鐵；
【理論探討】：根據(jù)Fe₃O₄和Fe₂O₃的分解溫度、鐵的熔點，首先鐵需要在融化狀態(tài)下反應，所以應該是高于1535℃，其次是要防止四氧化三鐵分解，所以溫度應該是低于1538℃，所以應該控制溫度在l535℃～l538℃，這是Fe₂O₃的分解溫度低，已經(jīng)分解了，鐵在氧氣里燃燒的產(chǎn)生是只有Fe₃O₄；
【拓展延伸】：（1）“鐵絲”在純凈氧氣中燃燒起來，觀察到火星四射，并有黑色固體生成，說明生成四氧化三鐵，反應方程式是3Fe+2O₂Fe₃O₄；
（2）已知反應物和生成物，寫出反應，配平即可：6Fe₂₃4Fe₃₄+0₂↑；
（3）如果包裝盒破損進氣，空氣中的氧氣就把氧化亞鐵氧化，黑色就變成紅棕色氧化鐵；
故答案為：
[設計實驗]合理；
[實驗探究1]（1）用砂紙將鐵絲表面的銹除去；（2）待火柴快燒盡再將鐵絲放入集氣瓶中；（3）將鐵絲和火柴伸至集氣瓶中上部，緩緩伸至集氣瓶底部；
[實驗探究2]稀鹽酸、硫酸銅等；冒氣泡、出現(xiàn)紅色固體等；
[理論探討]l535℃～l538℃；
[拓展延伸]
（1）3Fe+2O₂Fe₃O₄； （2）6Fe₂₃4Fe₃₄+0₂↑；    （3）由黑色變成紅棕色．
點評：本題考查鐵絲燃燒實驗及鐵的化學性質(zhì)，探究鐵的不同氧化物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系等知識，以及控制反應條件得到不同產(chǎn)物的方法，認真分析所給的資料，同時結(jié)合所學的知識，才能得出正確結(jié)論．