问题 问答题

做完“铁在氧气里燃烧”实验后,某兴趣小组有一些疑惑不解的问题,于是他们进行了以下探究活动,请你一同参与.

[问题1]细铁丝在氧气中燃烧为什么会“火星四射”?

[查阅资料1]①日常生活中的钢铁制品都含有少量碳杂质. ②含碳细铁丝燃烧时,其中的炭粒生成的CO2气体在熔融液态物质中形成气泡,熔融液态物质因气泡炸裂引起“火星四射”的现象.

[设计实验]为了探究细铁丝在纯氧中燃烧产生“火星四射”现象的原因,该小组同学设计的实验方案是:取长短粗细相同的含碳细铁丝和不含碳的细铁丝,分别在足量的氧气中燃烧,观察现象.你认为他们的方案______(填“合理”或“不合理”).

[实验探究1]小明做细铁丝在氧气中的燃烧实验时,他把细铁丝绕成螺旋状,一端系在一根铁丝上,另一端系上一根火柴.点燃火柴后迅速把铁丝连同火柴一起插入集气瓶下部(没有接触到细沙,如图所示),但不见铁丝燃烧,反复实验均未成功.

该同学认为可能导致失败的原因主要有三种:

A.铁丝表面有锈迹,影响了反应的进行;

B.点燃火柴后立即将它伸入瓶内,火柴燃烧消耗了氧气,不利于铁丝的燃烧;

C.火柴燃烧时有大量的热量放出,将铁丝和火柴迅速伸至集气瓶下部,因热胀冷缩之故.瓶内氧气会膨胀逸出,使铁丝无法燃烧.

实验:根据以上假设,他对实验应作的相应改进为:

(1)______;(2)______;(3)______.

[问题2]铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还有没有铁呢?

[查阅资料2]①自然界中铁的氧化物主要是Fe3O4和Fe2O3两种(FeO极易被氧化为Fe2O3);②铁的氧化物均能溶于酸的溶液.

[实验探究2]将冷却后的黑色物质碾碎,装入试管,加入______溶液,观察到的现象是______,说明铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还含有铁.

[问题3]铁燃烧的产物为什么不是Fe2O3呢?

[查阅资料3]①Fe3O4和Fe2O3的分解温度、铁的熔点见表:②Fe2O3高温时分解成Fe3O4

Fe3O4Fe2O3
分解温度/℃15381400-
熔点/℃--1535
[理论探讨]

根据实验现象,并结合表中数据,可推知铁在氧气里燃烧时产生的高温应在______之间,在此温度范围内Fe2O3已分解,所以铁在氧气里燃烧的产物是Fe3O4

[拓展延伸]

(1)小林同学发现“铁丝”在纯净氧气中燃烧起来,观察到火星四射,并有黑色固体生成,请写出该反应的化学方程式______;

(2)Fe2O3高温时会分解成Fe3O4和一种气体,请写出此反应的化学方程式______;

(3)有些超市的食品密封包装盒的透明盖内放有黑色的FeO粉末,若粉末的颜色______,就说明包装盒破损进气,这样售货员就能及时发现并处理.

答案

【设计实验】通过[查阅资料1]知“含碳细铁丝燃烧时,其中的炭粒生成的CO2气体在熔融液态物质中形成气泡,熔融液态物质因气泡炸裂引起“火星四射”的”;要验证这一点,可进行对比试验,也就是取含碳铁丝与不含碳铁丝分别在氧气中燃烧,观察现象.故该同学的实验设计是合理的;

【实验探究1】该同学认为可能导致失败的原因主要有三种:A.铁丝表面有锈迹,影响了反应的进行;B.点燃火柴后立即将它伸入瓶内,火柴燃烧消耗了氧气,不利铁丝燃烧;C.火柴燃烧时有大量的热量放出,将铁丝和火柴迅速伸至集气瓶下部,因热胀冷缩之故.瓶内氧气会膨胀逸出,使铁丝无法燃烧;针对以上假设,可设计对应的实验加以验证:(1)用砂纸将铁丝表面的锈除去(2)待火柴快烧尽再将铁丝放入集气瓶中(3)将铁丝和火柴伸至集气瓶中上部,缓缓伸至集气瓶底部,然后观察现象进行判断;

【实验探究2】:要想证明:铁燃烧时溅落下来的黑色物质中还含有铁,可以将冷却后的黑色物质碾碎,装入试管,加入稀盐酸或硫酸铜等溶液,如果出现冒气泡、出现红色固体等现象,就证明黑色物质中还含有铁;

【理论探讨】:根据Fe3O4和Fe2O3的分解温度、铁的熔点,首先铁需要在融化状态下反应,所以应该是高于1535℃,其次是要防止四氧化三铁分解,所以温度应该是低于1538℃,所以应该控制温度在l535℃~l538℃,这是Fe2O3的分解温度低,已经分解了,铁在氧气里燃烧的产生是只有Fe3O4

【拓展延伸】:(1)“铁丝”在纯净氧气中燃烧起来,观察到火星四射,并有黑色固体生成,说明生成四氧化三铁,反应方程式是3Fe+2O2

 点燃 
.
 
Fe3O4

(2)已知反应物和生成物,写出反应,配平即可:6Fe203

 高温 
.
 
4Fe304+02↑;

(3)如果包装盒破损进气,空气中的氧气就把氧化亚铁氧化,黑色就变成红棕色氧化铁;

故答案为:

[设计实验]合理;

[实验探究1](1)用砂纸将铁丝表面的锈除去;(2)待火柴快烧尽再将铁丝放入集气瓶中;(3)将铁丝和火柴伸至集气瓶中上部,缓缓伸至集气瓶底部;

[实验探究2]稀盐酸、硫酸铜等;冒气泡、出现红色固体等;

[理论探讨]l535℃~l538℃;

[拓展延伸]

(1)3Fe+2O2

 点燃 
.
 
Fe3O4; (2)6Fe203
 高温 
.
 
4Fe304+02↑;    (3)由黑色变成红棕色.

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