Question

5．如圖1是某化學(xué)課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)的探究工業(yè)煉鐵原理實(shí)驗(yàn)，其中A裝置的作用是二氧化碳和炭粉在高溫下轉(zhuǎn)化為一氧化碳．回答下列問題：

（1）寫出裝置A玻璃管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
（2）整套裝置還有一個(gè)明顯的不足之處是：缺少尾氣處理裝置．
（3）B中得到的黑色產(chǎn)物W，該活動(dòng)小組同學(xué)根據(jù)圖2對產(chǎn)物W的成分進(jìn)行探究．
【提出問題】黑色粉末W可能是什么呢？
【查閱資料】
①鐵的氧化物有氧化鐵，氧化亞鐵和四氧化三鐵等，其中氧化鐵為紅棕色，其余都為黑色．
②鐵的氧化物中四氧化三鐵有磁性，能被磁鐵吸引．
③鐵的氧化物都難溶于水，卻都能與稀鹽酸反應(yīng)而被溶解．
④鐵的氧化物通常情況下不與CuSO₄溶液反應(yīng)．
【進(jìn)行猜想】
①甲同學(xué)認(rèn)為黑色粉末W全部是鐵粉．請寫出生成鐵的化學(xué)反應(yīng)方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．該反應(yīng)利用了CO的還原性．
②乙同學(xué)認(rèn)為甲同學(xué)的猜想是錯(cuò)誤的，理由是黑色粉末W與足量的硫酸銅溶液反應(yīng)后仍有黑色固體存在．
③丙同學(xué)認(rèn)為黑色粉末W中不含F(xiàn)e₂O₃，理由是氧化鐵是紅棕色的固體．丙同學(xué)提出如下猜想，請你結(jié)合所學(xué)知識(shí)幫他補(bǔ)充完整．
猜想1：黑色粉末W由鐵粉和四氧化三鐵（Fe₂O₃）組成；
猜想2：黑色粉末W由鐵粉和氧化亞鐵（FeO）組成；
猜想3：黑色粉末W由鐵粉、四氧化三鐵（Fe₃O₄）、氧化亞鐵（FeO）組成．

【實(shí)驗(yàn)探究】

方案	實(shí)驗(yàn)操作	可能的現(xiàn)象	結(jié)論
①	取適量黑色粉末W用磁鐵吸引	黑色粉末全部被吸引	猜想1正確
②	取適量黑色粉末W用磁鐵吸引	黑色粉末部分被吸引	猜想2正確
③	取適量黑色粉末R用加入足量稀鹽酸	黑色粉末全部溶解	猜想3正確
④	取適量黑色粉末R用磁鐵吸引	黑色固體部分被吸引	猜想3正確

【得出結(jié)論】在高溫下一氧化碳和氧化鐵反應(yīng)可生成鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵．
【反思提高】
丁同學(xué)認(rèn)為方案②和方案③中得出的結(jié)論不正確，其理由是若有四氧化三鐵（Fe₃O₄）存在，現(xiàn)象相同（或者不能證明有沒有四氧化三鐵（Fe₃O₄），合理即可）．
查閱資料知道：
Fe₃O₄溶于稀鹽酸生成FeCl₃、FeCl₂和水，其反應(yīng)方程式可表示為Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O
Fe₃O₄也能溶于稀硝酸（HNO₃），反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、NO和水，試寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式3Fe₃O₄+28HNO₃=9Fe（NO₃）₃+NO+14H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)碳和二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳解答；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)進(jìn)行分析；
（3）【進(jìn)行猜想】①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的原理來分析；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來分析；
③根據(jù)氧化鐵的顏色來分析；
根據(jù)物質(zhì)的組成來分析；
【反思提高】運(yùn)用四氧化三鐵能被磁鐵吸引且也是黑色的知識(shí)進(jìn)行解答
根據(jù)反應(yīng)的原理來分析解答．

解答 解：（1）二氧化碳和碳在高溫下生成一氧化碳，化學(xué)方程式為CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；故填：CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
（2）一氧化碳有毒，會(huì)污染空氣，所以應(yīng)該將其燃燒，轉(zhuǎn)化為二氧化碳．故填：缺少尾氣處理裝置；
（3）①在高溫的條件下，一氧化碳將氧化鐵還原為鐵，同時(shí)生成二氧化碳，其中一氧化碳充當(dāng)還原劑；故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；還原；
②黑色粉末W與足量的硫酸銅溶液反應(yīng)后仍有黑色固體存在，說明其中含有鐵的氧化物，故填：黑色粉末W與足量的硫酸銅溶液反應(yīng)后仍有黑色固體存在；
③氧化鐵是一種紅棕色固體，而M是黑色的，所以不含氧化鐵，故填：氧化鐵是紅棕色的固體；
黑色粉末W由鐵粉、四氧化三鐵（Fe₃O₄）、氧化亞鐵（FeO）組成；故填：鐵粉、四氧化三鐵（Fe₃O₄）、氧化亞鐵（FeO）組成；
由于猜想③是需要證明三種物質(zhì)的存在，所以取適量黑色粉末R用磁鐵吸引由于四氧化三鐵能被磁鐵吸引，所以只要黑色粉末部分被吸引，就說明該物質(zhì)中存在氧化亞鐵和四氧化三鐵，結(jié)合固體R的成分中含有紅色固體銅的形成過程可知混合物中還含有單質(zhì)的鐵，是因?yàn)殍F能與硫酸銅反應(yīng)生成單質(zhì)的銅．故填：黑色固體部分被吸引；
【反思提高】四氧化三鐵也能被磁鐵吸引，四氧化三鐵也能和稀鹽酸反應(yīng)，所以方案②和方案③中得出的結(jié)論都不正確；故填：若有四氧化三鐵（Fe₃O₄）存在，現(xiàn)象相同（或者不能證明有沒有四氧化三鐵（Fe₃O₄），合理即可）；
Fe₃O₄溶于稀鹽酸生成FeCl₃、FeCl₂和水，其反應(yīng)方程式可表示為Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O；故填：Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O；
Fe₃O₄也能溶于稀硝酸（HNO₃），反應(yīng)生成Fe（NO₃）₃、NO和水，方程式為：3Fe₃O₄+28HNO₃=9Fe（NO₃）₃+NO+14H₂O；故填：3Fe₃O₄+28HNO₃=9Fe（NO₃）₃+NO+14H₂O．

點(diǎn)評(píng) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是化學(xué)實(shí)驗(yàn)最突出、最鮮明的部分，也是進(jìn)行分析推理得出結(jié)論的依據(jù)，掌握物質(zhì)的性質(zhì)和相互之間的反應(yīng)關(guān)系，有助于提高觀察實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力．所以，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要認(rèn)真觀察，還應(yīng)掌握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方法．