Question

【题目】化学兴趣小组从一食品袋中获得一包脱氧剂,发现该脱氧剂为灰黑色粉末,若在空气中放置一段时间,有红棕色固体生成,研究后知：这是由于铁与空气中的_______和_______反应生成了铁锈。由此兴趣小组的同学对铁的性质产生了浓厚的兴趣,进行了一系列探究活动。

（探究一）铁丝燃烧程度与氧气浓度的关系。

（实验内容）取直径为铁丝,分别在体积分数、、、的O2中实验。

实验现象：

实验现象	燃烧剧烈,效果好	燃烧比弱,实验成功	燃烧比弱,实验成功	难以燃烧, 只是发红

（结论）就直径为铁丝而言,燃烧所需氧气的最低体积分数为_______,且氧气浓度越大,燃烧现象越_______填“剧烈”或“不剧烈”。

（探究二）铁丝燃烧产生火星四射现象的原因

（1）图中螺旋状铁丝的末端系一根火柴的作用是_______；

（2）小明按图实验时,集气瓶炸裂了,其可能的原因是_______；

（3）小明对铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射进行探究。如表记录了他将纯铁丝和不同含碳量的铁丝铁丝直径为放入氧气中燃烧时的实验现象。请你分析完成如表：

物质	纯铁丝	含碳的铁丝	含碳的铁丝	含碳的铁丝
燃烧时 的现象	无火星四射现象, 熔断	剧烈燃烧 极少火星	剧烈燃烧 少量火星	_______

通过以上实验,说明铁丝燃烧产生火星四射现象和_______填元素符号含量多少有关。

（探究三）铁粉与水蒸气反应后的产物

在常温下,铁与水几乎不反应。但在高温下,铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体。乙同学设计了如图所示的实验进行探究。

（1）试管尾部放一团湿棉花的目的是_______。

（2）探究生成的气体是什么？

待气体纯净后点燃,观察到管口有淡蓝色火焰,将干燥的冷烧杯倒罩在火焰上方,烧杯内壁出现水雾。说明生成的气体是_______。

（3）探究试管中剩余固体成分是什么？

（查阅资料）

常见铁的氧化物	Fe粉	FeO
颜色、状态	黑色粉末	黑色粉末	红棕色粉末	黑色晶体
能否被磁铁吸引	能	否	否	能
能否溶于稀盐酸	能溶、冒气泡	能溶、无气泡	能容、无气泡	能溶、无气泡

（初步验证）试管中剩余固体为黑色,能全部被磁铁吸引。

（猜想与假设）猜想1：剩余固体是；猜想2：剩余固体是_______。

（实验探究）丙同学取样品于试管中,滴加稀盐酸,发现固体全部溶解,有气泡冒出,丙同学认为猜想_______正确。

（实验证实）丁同学取样品,实验检验出其中含铁元素,进一步证实了上述剩余固体的成分与丙同学的猜想一致。理由是_______。

（实验结论）铁和水蒸气反应的化学式表达式为_______

Answer 1

【答案】氧气 水 60% 剧烈 引燃铁丝 集气瓶底部没有预留少量水（或铺一层细沙） 剧烈燃烧，火星四射 C 提供水蒸气 H2O 和混合物 2 假如样品11.6g都是四氧化三铁，铁元素的质量是8.4g小于8.6g

【解析】

铁生锈的实质是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生了化学变化；

探究一：

根据表格可知，燃烧所需氧气的最低体积分数为60%；且氧气浓度越大，燃烧越剧烈；

探究二：

（1）铁丝着火点比较高，不易直接被点燃，铁丝末端系一根火柴在氧气中充分燃烧时产生大量热量，方便将铁丝引燃，即铁丝末端系一根火柴的作用是引燃铁丝；

（2）做铁丝燃烧实验时一般要在集气瓶底部预留少量水或铺一层细沙，以防止燃烧产生的高温熔化物把集气瓶炸裂；故本实验中集气瓶炸裂可能的原因就是：集气瓶底部没有预留少量水（或铺一层细沙）；

（3）通过表中数据，可以看出铁丝含碳越高，燃烧火星越多；所以含碳0.6%的铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射；也说明铁丝燃烧产生火星四射现象和C的含量多少有关；

探究三：

（1）根据题中信息，反应物是水蒸气和铁，因此湿棉花的作用是为反应提供水蒸气；

（2）纯净气体燃烧有淡蓝色火焰且生成水，说明该气体是氢气；

猜想与假设：

据题知黑色固体都能被磁铁吸引，故排除FeO和Fe2O3；又因反应生成一种氧化物，所以剩余固体也不可能单独是铁，那就只能是Fe3O4或者Fe和Fe3O4的混合物了，猜想1剩余固体是，故猜想2：剩余固体是Fe和Fe3O4混合物；

实验探究：

滴入盐酸，固体全部溶解且有气泡冒出，故不可能是猜想1，因Fe3O4和稀盐酸反应无气泡；Fe和Fe3O4都能溶于盐酸，且铁与盐酸反应生成氢气，符合条件，故猜想2正确；

实验证实：

假如样品11.6g都是四氧化三铁，铁元素的质量＝，小于8.6g，所以是四氧化三铁和铁的混合物；

实验结论：

故铁和水蒸气反应化学式表达式为：。