Question

【題目】化學興趣小組從一食品袋中獲得一包脫氧劑,發現該脫氧劑為灰黑色粉末,若在空氣中放置一段時間,有紅棕色固體生成,研究后知：這是由于鐵與空氣中的_______和_______反應生成了鐵銹。由此興趣小組的同學對鐵的性質產生了濃厚的興趣,進行了一系列探究活動。

（探究一）鐵絲燃燒程度與氧氣濃度的關系。

（實驗內容）取直徑為鐵絲,分別在體積分數、、、的O2中實驗。

實驗現象：

實驗現象	燃燒劇烈,效果好	燃燒比弱,實驗成功	燃燒比弱,實驗成功	難以燃燒, 只是發紅

（結論）就直徑為鐵絲而言,燃燒所需氧氣的最低體積分數為_______,且氧氣濃度越大,燃燒現象越_______填“劇烈”或“不劇烈”。

（探究二）鐵絲燃燒產生火星四射現象的原因

（1）圖中螺旋狀鐵絲的末端系一根火柴的作用是_______；

（2）小明按圖實驗時,集氣瓶炸裂了,其可能的原因是_______；

（3）小明對鐵絲在氧氣中燃燒為什么會火星四射進行探究。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的實驗現象。請你分析完成如表：

物質	純鐵絲	含碳的鐵絲	含碳的鐵絲	含碳的鐵絲
燃燒時 的現象	無火星四射現象, 熔斷	劇烈燃燒 極少火星	劇烈燃燒 少量火星	_______

通過以上實驗,說明鐵絲燃燒產生火星四射現象和_______填元素符號含量多少有關。

（探究三）鐵粉與水蒸氣反應后的產物

在常溫下,鐵與水幾乎不反應。但在高溫下,鐵與水蒸氣能反應生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體。乙同學設計了如圖所示的實驗進行探究。

（1）試管尾部放一團濕棉花的目的是_______。

（2）探究生成的氣體是什么？

待氣體純凈后點燃,觀察到管口有淡藍色火焰,將干燥的冷燒杯倒罩在火焰上方,燒杯內壁出現水霧。說明生成的氣體是_______。

（3）探究試管中剩余固體成分是什么？

（查閱資料）

常見鐵的氧化物	Fe粉	FeO
顏色、狀態	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、無氣泡	能容、無氣泡	能溶、無氣泡

（初步驗證）試管中剩余固體為黑色,能全部被磁鐵吸引。

（猜想與假設）猜想1：剩余固體是；猜想2：剩余固體是_______。

（實驗探究）丙同學取樣品于試管中,滴加稀鹽酸,發現固體全部溶解,有氣泡冒出,丙同學認為猜想_______正確。

（實驗證實）丁同學取樣品,實驗檢驗出其中含鐵元素,進一步證實了上述剩余固體的成分與丙同學的猜想一致。理由是_______。

（實驗結論）鐵和水蒸氣反應的化學式表達式為_______

Answer 1

【答案】氧氣 水 60% 劇烈 引燃鐵絲 集氣瓶底部沒有預留少量水（或鋪一層細沙） 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，鐵元素的質量是8.4g小于8.6g

【解析】

鐵生銹的實質是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發生了化學變化；

探究一：

根據表格可知，燃燒所需氧氣的最低體積分數為60%；且氧氣濃度越大，燃燒越劇烈；

探究二：

（1）鐵絲著火點比較高，不易直接被點燃，鐵絲末端系一根火柴在氧氣中充分燃燒時產生大量熱量，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）做鐵絲燃燒實驗時一般要在集氣瓶底部預留少量水或鋪一層細沙，以防止燃燒產生的高溫熔化物把集氣瓶炸裂；故本實驗中集氣瓶炸裂可能的原因就是：集氣瓶底部沒有預留少量水（或鋪一層細沙）；

（3）通過表中數據，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；也說明鐵絲燃燒產生火星四射現象和C的含量多少有關；

探究三：

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

（2）純凈氣體燃燒有淡藍色火焰且生成水，說明該氣體是氫氣；

猜想與假設：

據題知黑色固體都能被磁鐵吸引，故排除FeO和Fe2O3；又因反應生成一種氧化物，所以剩余固體也不可能單獨是鐵，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；

實驗探究：

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和稀鹽酸反應無氣泡；Fe和Fe3O4都能溶于鹽酸，且鐵與鹽酸反應生成氫氣，符合條件，故猜想2正確；

實驗證實：

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

實驗結論：

故鐵和水蒸氣反應化學式表達式為：。