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(jìn)行了以下探究活動，請你一同參與．
【問題1】細(xì)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(xì)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(shè)計實驗】為了探究細(xì)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(xué)設(shè)計的實驗方案是：取長短粗細(xì)相同的含碳細(xì)鐵絲和不含碳的細(xì)鐵絲，分別在足量的氧氣中燃燒，觀察現(xiàn)象．你認(rèn)為他們的方案

合理

（填“合理”或“不合理”）．
【實驗探究1】小明做細(xì)鐵絲在氧氣中的燃燒實驗時，他把細(xì)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(diǎn)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(xì)沙，如圖所示），但不見鐵絲燃燒，反復(fù)實驗均未成功．
該同學(xué)認(rèn)為可能導(dǎo)致失敗的原因主要有三種：
A．鐵絲表面有銹跡，影響了反應(yīng)的進(jìn)行；
B．點(diǎn)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(shè)，他對實驗應(yīng)作的相應(yīng)改進(jìn)為：
（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

．
【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

稀鹽酸、硫酸銅等

溶液，觀察到的現(xiàn)象是

冒氣泡、出現(xiàn)紅色固體等

，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(diǎn)見表：②Fe₂O₃高溫時分解成Fe₃O₄．

	Fe3O4	Fe2O3	鐵
分解溫度/℃	1538	1400	-
熔點(diǎn)/℃	-	-	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(yīng)在

l535℃～l538℃

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(xué)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(yīng)的化學(xué)方程式

3Fe+2O₂

點(diǎn)燃  .

Fe₃O₄

；
（2）Fe₂O₃高溫時會分解成Fe₃O₄和一種氣體，請寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式

6Fe₂0₃

高溫  .

4Fe₃0₄+0₂↑

；
（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

由黑色變成紅棕色

，就說明包裝盒破損進(jìn)氣，這樣售貨員就能及時發(fā)現(xiàn)并處理．

Answer 1

分析：[設(shè)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(diǎn)就要取含碳鐵絲與不含碳鐵絲進(jìn)行比較；
[實驗探究1]：根據(jù)該同學(xué)分析的實驗失敗的原因采取對應(yīng)的改進(jìn)措施；
[實驗探究2]：根據(jù)鐵能與稀鹽酸反應(yīng)生成氣體，也能與硫酸銅反應(yīng)，置換出紅色的銅，設(shè)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(diǎn)是l535℃，由此推測鐵在氧氣中燃燒產(chǎn)生的高溫應(yīng)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(yīng)原理書寫方程式；
（2）據(jù)反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件書寫方程式；
（3）如果包裝盒破損進(jìn)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(shè)計實驗】通過[查閱資料1]知“含碳細(xì)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(diǎn)，可進(jìn)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(xué)的實驗設(shè)計是合理的；
【實驗探究1】該同學(xué)認(rèn)為可能導(dǎo)致失敗的原因主要有三種：A．鐵絲表面有銹跡，影響了反應(yīng)的進(jìn)行；B．點(diǎn)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(shè)，可設(shè)計對應(yīng)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(jìn)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(diǎn)，首先鐵需要在融化狀態(tài)下反應(yīng)，所以應(yīng)該是高于1535℃，其次是要防止四氧化三鐵分解，所以溫度應(yīng)該是低于1538℃，所以應(yīng)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(yīng)方程式是3Fe+2O₂

點(diǎn)燃  .

Fe₃O₄；
（2）已知反應(yīng)物和生成物，寫出反應(yīng)，配平即可：6Fe₂0₃

高溫  .

4Fe₃0₄+0₂↑；
（3）如果包裝盒破損進(jìn)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(shè)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+2O₂

點(diǎn)燃  .

Fe₃O₄； （2）6Fe₂0₃

高溫  .

4Fe₃0₄+0₂↑；    （3）由黑色變成紅棕色．

點(diǎn)評：本題考查鐵絲燃燒實驗及鐵的化學(xué)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(yīng)條件得到不同產(chǎn)物的方法，認(rèn)真分析所給的資料，同時結(jié)合所學(xué)的知識，才能得出正確結(jié)論．