Question

9．課外小組同學(xué)進一步研究鐵與氧氣的反應(yīng)．
【提出問題】鐵絲燃燒時為什么會有“火星四射”的現(xiàn)象？
【查閱資料】生鐵中含有一定量的碳．鐵絲燃燒時“火星四射”現(xiàn)象與鐵絲中含碳量有關(guān)．
【進行實驗】探究鐵絲在氧氣中燃燒時“火星四射”的現(xiàn)象與其含碳量的關(guān)系．

實驗	現(xiàn)象	解釋與結(jié)論
實驗1：取直徑0.20mm、含碳0.1% 的鐵絲，在氧氣中燃燒	零星的火星四射	①鐵燃燒的化學(xué)方程式是3Fe+2O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe3O4． ②0.20mm的鐵絲在氧氣中燃燒，“火星四射”與其含碳量的關(guān)系為含碳量越高，火星四射的現(xiàn)象越明顯
實驗2：取直徑0.20mm、含碳0.32%的鐵絲，在氧氣中燃燒	較明顯的火星四射
實驗3：取直徑0.20mm、含碳0.52%的鐵絲，在氧氣中燃燒	明顯的火星四射

【提出問題】純鐵在氧氣中燃燒濺落的“黑色固體”是什么？
【查閱資料】
①自然界中鐵的氧化物主要是Fe₃O₄和Fe₂O₃兩種（FeO易被氧化）
②鐵的氧化物均能溶于酸溶液
③單質(zhì)鐵與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑．
【進行實驗】測定黑色固體的成分．

實驗	現(xiàn)象及數(shù)據(jù)	解釋與結(jié)論
實驗4：將冷卻后的黑色固體碾碎，裝入試管，加入稀鹽酸	現(xiàn)象是有氣泡產(chǎn)生	鐵燃燒時濺落下來的黑色 固體中含有鐵
實驗5：取2.8g純鐵在氧氣中燃燒，收集濺落的黑色固體，干燥并稱其質(zhì)量	黑色固體質(zhì)量為3.44g	黑色固體的組成及質(zhì)量 為Fe1.12g，F(xiàn)e3O42.32g

【實驗反思】
同學(xué)們認為鐵絲燃燒的現(xiàn)象還與氧氣的濃度有關(guān)，所以想收集不同濃度的氧氣進行相關(guān)實驗．若用排水集氣法收集一瓶體積分數(shù)約為60%的氧氣，預(yù)先應(yīng)向容積為250mL的集氣瓶中加水，水的體積約為125mL．

Answer 1

分析 【進行實驗】根據(jù)鐵和氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，以及鐵在氧氣燃燒的現(xiàn)象和控制變量法進行分析；
【進行實驗】根據(jù)鐵和鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，鐵和氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，然后結(jié)合題中的數(shù)據(jù)進行解答；
【實驗反思】根據(jù)空氣中也含有氧氣，氧氣約占空氣總體積的五分之一，氧氣的總體積應(yīng)是通入的氧氣的體積加上通入的空氣中含有的氧氣的體積；然后根據(jù)氧氣的體積分數(shù)約為60%，列等式進行計算．

解答 解：【進行實驗】鐵和氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，鐵在氧氣燃燒的現(xiàn)象是劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體，通過對比可知鐵絲含碳越高，火星越多，鐵絲在氧氣中燃燒產(chǎn)生火星四射現(xiàn)象與含碳量有關(guān)，所以

實驗	現(xiàn)象	解釋與結(jié)論
實驗1：取直徑0.20mm、含碳0.1% 的鐵絲，在氧氣中燃燒	零星的火星四射	①鐵燃燒的化學(xué)方程式是：3Fe+2O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe3O4 ②0.20mm的鐵絲在氧氣中燃燒“火星四射”與其含碳量的關(guān)系：含碳量越高，火星四射的現(xiàn)象越明顯
實驗2：取直徑0.20mm、含碳0.32%的鐵絲，在氧氣中燃燒	較明顯的火星四射
實驗3：取直徑0.20mm、含碳0.52%的鐵絲，在氧氣中燃燒	明顯的火星四射

【進行實驗】鐵和鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，鐵和氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，所以
設(shè)參加反應(yīng)的鐵的質(zhì)量為x，生成的四氧化三鐵為y，
3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄，
168           232
x             y
$\frac{168}{x}$=$\frac{232}{y}$所以y=$\frac{232x}{168}$
2.8g-x+$\frac{232x}{168}$=3.44g
x=1.68
剩余的鐵為：2.8g-1.68g=1.12g，生成的四氧化三鐵為：3.44g-1.12g=2.32g

實驗	現(xiàn)象及數(shù)據(jù)	解釋與結(jié)論
實驗4：將冷卻后的黑色固體碾碎，裝入試管，加入稀鹽酸溶液	現(xiàn)象是有氣泡產(chǎn)生	鐵燃燒時濺落下來的黑色 固體中含有鐵
實驗5：取2.8g純鐵在氧氣中燃燒，收集濺落的黑色固體，干燥并稱其質(zhì)量	黑色固體質(zhì)量為3.44g	黑色固體的組成及質(zhì)量為： Fe1.12g，F(xiàn)e3O42.32g

【實驗反思】x+$\frac{1}{5}$（250ml-x）=250ml×60%
x=125mL．
故答案為：【進行實驗】

實驗	現(xiàn)象	解釋與結(jié)論
		3Fe+2O2 $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe3O4 含碳量越高，火星四射的現(xiàn)象越明顯
	明顯的火星四射

【進行實驗】

實驗	現(xiàn)象及數(shù)據(jù)	解釋與結(jié)論
	有氣泡產(chǎn)生
		Fe1.12g，F(xiàn)e3O42.32g

【實驗反思】125．

點評 本題應(yīng)考慮氧氣的總體積應(yīng)是通入的氧氣的體積加上通入的空氣中含有的氧氣的體積，才能表示氧氣的濃度80%．