Question

16．善于提出問題、探究問題和解決問題是學好化學的重要的方法．某同學在學習鐵及其化合物知識時提出了下列問題：
問題1：鐵為何稱為黑色金屬？
問題2：經(jīng)查證，氧化性：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO，用CO還原氧化鐵得到的黑色固體一定是單質(zhì)鐵嗎？有沒有生成Fe₃O₄或FeO的可能？
問題3：Fe³⁺和SO₃^2-之間可能發(fā)生的反應有：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺（氧化還原反應），2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O═2Fe（OH）₃（膠體）+3H₂SO₃（水解反應）．實際反應究竟是哪一個？
（1）對于問題1，同學們上網(wǎng)查尋，有兩種解釋：
A．因為在鐵表面上有黑色的鐵的氧化物，所以叫黑色金屬．
B．因為鐵的粉末為黑色，鐵的氧化物也均為黑色，所以叫黑色金屬．
①你認為正確的說法是A．
②有一黑色粉末，可能是鐵粉、Fe₃O₄粉末、FeO粉末中的一種，請你設計一種實驗方案進行檢驗取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵，若沒有產(chǎn)生氣泡，繼續(xù)滴加KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明是Fe₃O₄，沒有變血紅色說明是FeO
（2）對于問題2，同學們參觀了某鋼鐵廠，獲得了用SDTQ熱分析儀對CO與Fe₂O₃進行熱反應的有關數(shù)據(jù)，繪制成固體質(zhì)量與反應溫度的關系曲線圖如圖1：
①根據(jù)圖象分析，反應溫度500-600℃時殘留固體的成分是Fe₃O₄、FeO．
②已知：酒精燈火焰溫度為600℃左右，酒精噴燈火焰溫度高于800℃．鋼鐵廠有含鐵、Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO的混合粉末，某同學為了幫助鋼鐵廠測定其含鐵元素的質(zhì)量分數(shù)，稱取m₁g樣品，設計了如圖2實驗裝置進行實驗，當鐵的氧化物全部還原為鐵時，在CO的保護下冷卻，稱得殘留固體的質(zhì)量為m₂g．實驗時應選擇酒精噴燈加熱，判斷鐵的氧化物全部還原為鐵的方法是最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.1g．該裝置還有沒有缺陷？如果有，請?zhí)岢龈倪M意見在排放尾氣的導氣管口放一盞燃著的酒精燈（如沒有，該空不填）．
（3）對于問題3，同學們進行了實驗探究：取5mLFeCl₃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃液至過量，觀察到溶液顏色由黃色逐漸變?yōu)榧t褐色，無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成，但有丁達爾現(xiàn)象．取紅褐色液體少許，逐滴加入稀鹽酸至過量，加入BaCl₂溶液，有少量白色沉淀生成．據(jù)此實驗現(xiàn)象，究竟發(fā)生了哪個反應？你的結論是兩個反應均發(fā)生．

Answer 1

分析 （1）鐵是在高溫下煉制成，高溫下會和空氣中的氧氣反應生成四氧化三鐵或氧化鐵，顏色都是黑色氧化物，氧化鐵是紅色氧化物時常溫下緩慢氧化或電話腐蝕生成得到；
（2）①根據(jù)氧化：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO判斷與CO反應的先后順序，然后判斷反應溫度500-600℃時殘留固體的成分；
②根據(jù)酒精噴燈、酒精燈的溫度及該反應需要的溫度進行選擇加熱儀器；加熱到質(zhì)量不再變化時即為反應完全，一般兩次稱量的質(zhì)量差小于0.1g即為反應完全；反應物CO為有毒氣體，需要進行尾氣處理；
（3）根據(jù)反應生成了氫氧化鐵膠體和硫酸鋇沉淀進行分析．

解答 解：（1）①鐵是在高溫下煉制成，高溫下會和空氣中的氧氣反應生成四氧化三鐵或氧化鐵，顏色都是黑色氧化物，氧化鐵是紅色氧化物時常溫下緩慢氧化或電話腐蝕生成得到；故答案為：A；
②金屬鐵能與稀鹽酸反應放出氫氣，鐵離子能使KSCN溶液顯血紅色，故驗證方法是：取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵，若沒有產(chǎn)生氣泡，繼續(xù)滴加KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明是Fe₃O₄，沒有變血紅色說明是FeO，
故答案為：取少量樣品加入稀鹽酸，產(chǎn)生氣泡，說明是鐵，若沒有產(chǎn)生氣泡，繼續(xù)滴加KSCN溶液，若溶液變血紅色，說明是Fe₃O₄，沒有變血紅色說明是FeO；
（2）①根據(jù)氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應時，F(xiàn)e₂O₃優(yōu)先反應，然后Fe₃O₄反應，最后FeO反應，根據(jù)圖象曲線可知，加熱到400-500℃Fe₂O₃逐漸反應，到500℃時Fe₂O₃反應完全，此時固體混合物為Fe₃O₄、FeO，
故答案為：Fe₃O₄、FeO；
②精燈火焰溫度為600℃左右，酒精噴燈火焰溫度高于800℃，而該反應需要加熱到800℃，所以只能選用酒精噴燈加熱；當最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.1g，則氧化物全部還原為鐵；由于反應中用到的還原劑CO有毒，不能直接排放，應該在排放尾氣的導氣管口放一盞燃著的酒精燈，將多余的CO氣體通過燃燒除掉，
故答案為：酒精噴；最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.1g；在排放尾氣的導氣管口放一盞燃著的酒精燈；
（3）用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液實驗，觀察到溶液顏色由黃色逐漸變?yōu)榧t褐色，無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成，但有丁達爾現(xiàn)象，證明有氫氧化鐵膠體生成，取紅褐色液體少許，逐滴加入稀鹽酸至過量，加入BaCl₂溶液，有少量白色沉淀生成，證明了Fe³⁺與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應生成SO₄^2-，故氧化還原反應和雙水解反應是同時進行的，
故答案為：兩個反應均發(fā)生．

點評 本題考查了物質(zhì)的檢驗與鑒別方法、鐵及其氧化物的性質(zhì)等知識，題目難度中等，注意掌握常見金屬單質(zhì)及其化合物性質(zhì)，明確物質(zhì)檢驗與鑒別的實驗方案的設計方法．