Question

【題目】小杰在做鐵絲在純氧中燃燒的實驗時，發現燃燒產物是一種不溶于水的黑色固體，小杰想進一步探究該黑色固體的成分。

（1）在做鐵絲燃燒實驗時，除了生成黑色固體外還觀察到的現象是：_________。

（2）對黑色固體的探究：

（查閱資料）

① FeO 和 Fe3O4 都是黑色固體，而且都可和稀鹽酸或稀硫酸反應。其中 Fe3O4 和稀硫酸反應生成鐵鹽、亞鐵鹽和水，請你寫出該反應的化學方程式：________。

② KSCN 溶液遇鐵離子顯血紅色。

（猜 想）

猜想a. 該黑色固體不是Fe2O3， 因為___________________；

猜想b. 該黑色固體是___；

猜想c. 該黑色固體是Fe3O4；

猜想d. 該黑色固體是 FeO 和 Fe3O4 的混合物。

（實驗設想）向黑色固體加入過量稀硫酸的實驗過程中,

如果猜想b 成立，則反應后溶液中所含的金屬離子為______（寫化學符號）；

如果猜想c 成立，則反應后溶液中所含的溶質有_____（寫化學式）。

（實驗方案）

方案一：取上述固體于燒杯中，加入適量的稀硫酸，過濾后向濾液中滴加 KSCN 溶液，若觀察到現象：_____，則猜想 b 不成立。

方案二：如圖，向該黑色固體通入足量的氫氣充分反應。通過稱量反應前、后的固體質量，再通過簡單計算來分析確定固體的成分。

①在進行方案二時，小杰稱得的固體質量如下：

反應前	反應后
玻璃管的質量為 91 克，固體質量為A 克	玻璃管和固體物質的總質量為（91+B）克

②有同學認為如圖所示裝置，加熱先通一會兒氣體 X 再通入氫氣，停止加熱后再通一會兒氫氣，這樣可使實驗測得的數據更加準確。你認為在O2、N2 和Ne 三種氣體中，氣體 X 最沒有可能的是__________。

③通過計算后，你認為 A:B 的范圍是_________時，猜想 d 成立。

Answer 1

【答案】劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱（答到火星四射即給分） Fe3O4+4H2SO4=Fe2（SO4）3+FeSO4+4H2O 氧化鐵不是黑色的（或氧化鐵是紅色的） FeO（或氧化亞鐵） Fe2+ Fe2（SO4）3 FeSO4 H2SO4（寫全才得分） 溶液變為血紅色 O2（或氧氣） 9:7至29:21（不化簡或者數據倒過來都給分）

【解析】

（1）鐵絲在氧氣中燃燒，除了生成黑色固體外還觀察到鐵絲劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱。

[查閱資料]

①Fe3O4 和稀硫酸反應生成鐵鹽、亞鐵鹽和水 ，該反應的化學方程式為 。

[猜 想]

猜想a. 該黑色固體不是Fe2O3， 因為氧化鐵是紅色的。

猜想b. 該黑色固體是氧化亞鐵，因為氧化亞鐵是黑色的。

[實驗設想]

如果猜想 b 成立，黑色固體是氧化亞鐵，氧化亞鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和水，則反應后溶液中所含的金屬離子是亞鐵離子，符號為Fe2+。

如果猜想c 成立，該黑色固體是Fe3O4，四氧化三鐵與稀硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水，則反應后溶液中所含的溶質有生成的和FeSO4，以及過量的H2SO4。

[實驗方案]

方案一：取上述固體于燒杯中，加入適量的稀硫酸，過濾后向濾液中滴加 KSCN 溶液，猜想 b 不成立，則溶液中含有鐵離子，鐵離子遇到KSCN溶液變為血紅色。

方案二：②加熱前先通一會兒氣體 X 再通入氫氣，目的是把管內的空氣排出來，防止加熱氫氣時發生爆炸，所以，氣體 X 最沒有可能的是氧氣，因為氫氣與氧氣混合加熱可能發生爆炸。

③根據質量守恒定律可知，鐵的氧化物與氫氣完全反應時，固體減少的質量就是氧化物中氧元素的質量。假設A全部是氧化亞鐵時，A與B的質量比為氧化亞鐵的質量與氧化亞鐵中鐵元素的質量之比，則有：，解得A：B=9：7；假設A全部是四氧化三鐵時，A與B的質量比為四氧化三鐵的質量與四氧化三鐵中鐵元素的質量之比，則有：，解得A：B=29：21。猜想 d 成立，黑色固體中既有氧化亞鐵也有四氧化三鐵，則A：B的范圍是9:7至29:21。