Question

【題目】化學(xué)興趣小組從一食品袋中獲得一包脫氧劑,發(fā)現(xiàn)該脫氧劑為灰黑色粉末,若在空氣中放置一段時(shí)間,有紅棕色固體生成,研究后知：這是由于鐵與空氣中的_______和_______反應(yīng)生成了鐵銹。由此興趣小組的同學(xué)對(duì)鐵的性質(zhì)產(chǎn)生了濃厚的興趣,進(jìn)行了一系列探究活動(dòng)。

（探究一）鐵絲燃燒程度與氧氣濃度的關(guān)系。

（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）取直徑為鐵絲,分別在體積分?jǐn)?shù)、、、的O2中實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	燃燒劇烈,效果好	燃燒比弱,實(shí)驗(yàn)成功	燃燒比弱,實(shí)驗(yàn)成功	難以燃燒, 只是發(fā)紅

（結(jié)論）就直徑為鐵絲而言,燃燒所需氧氣的最低體積分?jǐn)?shù)為_______,且氧氣濃度越大,燃燒現(xiàn)象越_______填“劇烈”或“不劇烈”。

（探究二）鐵絲燃燒產(chǎn)生火星四射現(xiàn)象的原因

（1）圖中螺旋狀鐵絲的末端系一根火柴的作用是_______；

（2）小明按圖實(shí)驗(yàn)時(shí),集氣瓶炸裂了,其可能的原因是_______；

（3）小明對(duì)鐵絲在氧氣中燃燒為什么會(huì)火星四射進(jìn)行探究。如表記錄了他將純鐵絲和不同含碳量的鐵絲鐵絲直徑為放入氧氣中燃燒時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。請(qǐng)你分析完成如表：

物質(zhì)	純鐵絲	含碳的鐵絲	含碳的鐵絲	含碳的鐵絲
燃燒時(shí) 的現(xiàn)象	無(wú)火星四射現(xiàn)象, 熔斷	劇烈燃燒 極少火星	劇烈燃燒 少量火星	_______

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn),說(shuō)明鐵絲燃燒產(chǎn)生火星四射現(xiàn)象和_______填元素符號(hào)含量多少有關(guān)。

（探究三）鐵粉與水蒸氣反應(yīng)后的產(chǎn)物

在常溫下,鐵與水幾乎不反應(yīng)。但在高溫下,鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見(jiàn)鐵的氧化物和一種氣體。乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

（1）試管尾部放一團(tuán)濕棉花的目的是_______。

（2）探究生成的氣體是什么？

待氣體純凈后點(diǎn)燃,觀察到管口有淡藍(lán)色火焰,將干燥的冷燒杯倒罩在火焰上方,燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)水霧。說(shuō)明生成的氣體是_______。

（3）探究試管中剩余固體成分是什么？

（查閱資料）

常見(jiàn)鐵的氧化物	Fe粉	FeO
顏色、狀態(tài)	黑色粉末	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	能	否	否	能
能否溶于稀鹽酸	能溶、冒氣泡	能溶、無(wú)氣泡	能容、無(wú)氣泡	能溶、無(wú)氣泡

（初步驗(yàn)證）試管中剩余固體為黑色,能全部被磁鐵吸引。

（猜想與假設(shè)）猜想1：剩余固體是；猜想2：剩余固體是_______。

（實(shí)驗(yàn)探究）丙同學(xué)取樣品于試管中,滴加稀鹽酸,發(fā)現(xiàn)固體全部溶解,有氣泡冒出,丙同學(xué)認(rèn)為猜想_______正確。

（實(shí)驗(yàn)證實(shí)）丁同學(xué)取樣品,實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)出其中含鐵元素,進(jìn)一步證實(shí)了上述剩余固體的成分與丙同學(xué)的猜想一致。理由是_______。

（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）鐵和水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)式表達(dá)式為_______

Answer 1

【答案】氧氣 水 60% 劇烈 引燃鐵絲 集氣瓶底部沒(méi)有預(yù)留少量水（或鋪一層細(xì)沙） 劇烈燃燒，火星四射 C 提供水蒸氣 H2O 和混合物 2 假如樣品11.6g都是四氧化三鐵，鐵元素的質(zhì)量是8.4g小于8.6g

【解析】

鐵生銹的實(shí)質(zhì)是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生了化學(xué)變化；

探究一：

根據(jù)表格可知，燃燒所需氧氣的最低體積分?jǐn)?shù)為60%；且氧氣濃度越大，燃燒越劇烈；

探究二：

（1）鐵絲著火點(diǎn)比較高，不易直接被點(diǎn)燃，鐵絲末端系一根火柴在氧氣中充分燃燒時(shí)產(chǎn)生大量熱量，方便將鐵絲引燃，即鐵絲末端系一根火柴的作用是引燃鐵絲；

（2）做鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)一般要在集氣瓶底部預(yù)留少量水或鋪一層細(xì)沙，以防止燃燒產(chǎn)生的高溫熔化物把集氣瓶炸裂；故本實(shí)驗(yàn)中集氣瓶炸裂可能的原因就是：集氣瓶底部沒(méi)有預(yù)留少量水（或鋪一層細(xì)沙）；

（3）通過(guò)表中數(shù)據(jù)，可以看出鐵絲含碳越高，燃燒火星越多；所以含碳0.6%的鐵絲在氧氣中劇烈燃燒，火星四射；也說(shuō)明鐵絲燃燒產(chǎn)生火星四射現(xiàn)象和C的含量多少有關(guān)；

探究三：

（1）根據(jù)題中信息，反應(yīng)物是水蒸氣和鐵，因此濕棉花的作用是為反應(yīng)提供水蒸氣；

（2）純凈氣體燃燒有淡藍(lán)色火焰且生成水，說(shuō)明該氣體是氫氣；

猜想與假設(shè)：

據(jù)題知黑色固體都能被磁鐵吸引，故排除FeO和Fe2O3；又因反應(yīng)生成一種氧化物，所以剩余固體也不可能單獨(dú)是鐵，那就只能是Fe3O4或者Fe和Fe3O4的混合物了，猜想1剩余固體是，故猜想2：剩余固體是Fe和Fe3O4混合物；

實(shí)驗(yàn)探究：

滴入鹽酸，固體全部溶解且有氣泡冒出，故不可能是猜想1，因Fe3O4和稀鹽酸反應(yīng)無(wú)氣泡；Fe和Fe3O4都能溶于鹽酸，且鐵與鹽酸反應(yīng)生成氫氣，符合條件，故猜想2正確；

實(shí)驗(yàn)證實(shí)：

假如樣品11.6g都是四氧化三鐵，鐵元素的質(zhì)量＝，小于8.6g，所以是四氧化三鐵和鐵的混合物；

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

故鐵和水蒸氣反應(yīng)化學(xué)式表達(dá)式為：。