Question

18．善于提出問題，解決問題是學好科學的重要方法．某研究性學習小組的同學在學習鐵及其化合物知識時進行了系列研究：
I．提出問題：
問題1：鐵為何稱為黑色金屬？
問題2：鐵有多種氧化物，它們的性質(zhì)有哪些差異？
問題3：鋼鐵廠在選礦時，如何測定鐵礦石中的含鐵量？
II．解決問題：
問題1 上網(wǎng)查尋，有兩種說法：
a．在鐵表面有黑色的鐵的氧化物，早先以為這就是鐵的顏色，所以叫黑色金屬．
b．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（填“a”或“b”）
問題2查閱資料
a．鐵常見的氧化物有氧化鐵（Fe₂O₃）、四氧化三鐵（Fe₃₄）和氧化亞鐵（FeO）．
b．四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，可以近似地看作是氧化亞鐵和氧化鐵的化合物，它不溶于水，能與酸反應生成兩種金屬化合物．
c．氧化亞鐵是不溶于水的黑色粉末，能與酸反應，無磁性，也不能被磁鐵吸引．
（2）請寫出四氧化三鐵與鹽酸反應的化學方程式Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O．
（3）有一包黑色粉末；可能是鐵粉、Fe₃O₄粉末、FeO粉末中的一種，請你設計一種實驗方進行鑒別取少量樣品用磁鐵吸引，不能被磁鐵吸引，說明是FeO
能被磁鐵吸引，說明是鐵粉或Fe₃O₄粉未，在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，說明是Fe₃O₄．
問題3 同學們參觀了某鋼鐵廠，了解到鋼鐵廠在選礦時測定鐵礦石中含鐵量的方法較多．同學們結(jié)合所學知識，設計了如圖1所示的實驗裝置測定某赤鐵礦樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)．他稱取l0.0g赤鐵礦，當赤鈦礦中的Fe₂O₃全部還原為Fe時，剩余固體在CO的保護下冷卻、稱量，質(zhì)量為6g（假設赤鐵礦中的雜質(zhì)均不與CO反應）．
（4）圖中酒精燈的作用是將多余的CO氣體通過燃燒除掉，防止空氣的污染
（5）該赤鐵礦中Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)為80%．（請寫出思路）

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亞鐵，顏色都是黑色氧化物，氧化鐵是紅色氧化物，常溫下緩慢氧化或電化腐蝕生成得到，氧化鐵為紅色，四氧化三鐵為黑色；
（2）四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，可以近似地看怍是氧化亞鐵和氧化鐵的化合物．能與酸反應生成鐵鹽和亞鐵鹽；
（3）根據(jù)Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO與稀鹽酸的反應現(xiàn)象及磁鐵吸引方法設計實驗方案進行檢驗；
（4）根據(jù)一氧化碳有毒分析；
（5）根據(jù)反應前后質(zhì)量變化利用質(zhì)量差法分析Fe₂0₃的質(zhì)量，進而計算該赤鐵礦中Fe₂0₃的質(zhì)量分數(shù)；

解答 解：（1）由于氧化鐵為紅色，四氧化三鐵為黑色，則b的說法不正確，a說法正確．
（2）四氧化三鐵與鹽酸反應生成氯化鐵、氯化亞鐵和水，化學方程式為：Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O．
（3）氧化亞鐵是不溶于水的黑色粉末，能與酸反應，無磁性，也不能被磁鐵吸引；鐵可以與稀鹽酸反應生成氫氣，氧化鐵溶于稀鹽酸生成氯化鐵和水，據(jù)此可以檢驗混合物組成，方法為：取少量樣品用磁鐵吸引，不能被磁鐵吸引，說明是FeO；能被磁鐵吸引，說明是鐵粉或Fe₃O₄粉未，在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，說明是Fe₃O₄．
（4）由于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．
（5）設該赤鐵礦中Fe₂0₃的質(zhì)量為x
Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，質(zhì)量減少
160            112       160-112=48
x                        l0.0g-7.6g=2.4g
$\frac{160}{x}=\frac{48}{2.4g}$
x=8g
該赤鐵礦中Fe₂0₃的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{8g}{10g}$×100%=80%；
故答案為：（1）a；（2）Fe₃O₄+8HCl=FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
（3）取少量樣品用磁鐵吸引，不能被磁鐵吸引，說明是FeO；能被磁鐵吸引，說明是鐵粉或Fe₃O₄粉未，在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，說明是Fe₃O₄；
（4）將多余的CO氣體通過燃燒除掉，防止空氣的污染；
（5）80%；

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，題目難度較大，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．