Question

5．如图1是某化学课外活动小组设计的探究工业炼铁原理实验，其中A装置的作用是二氧化碳和炭粉在高温下转化为一氧化碳．回答下列问题：

（1）写出装置A玻璃管中发生反应的化学方程式：CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO；
（2）整套装置还有一个明显的不足之处是：缺少尾气处理装置．
（3）B中得到的黑色产物W，该活动小组同学根据图2对产物W的成分进行探究．
【提出问题】黑色粉末W可能是什么呢？
【查阅资料】
①铁的氧化物有氧化铁，氧化亚铁和四氧化三铁等，其中氧化铁为红棕色，其余都为黑色．
②铁的氧化物中四氧化三铁有磁性，能被磁铁吸引．
③铁的氧化物都难溶于水，却都能与稀盐酸反应而被溶解．
④铁的氧化物通常情况下不与CuSO₄溶液反应．
【进行猜想】
①甲同学认为黑色粉末W全部是铁粉．请写出生成铁的化学反应方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．该反应利用了CO的还原性．
②乙同学认为甲同学的猜想是错误的，理由是黑色粉末W与足量的硫酸铜溶液反应后仍有黑色固体存在．
③丙同学认为黑色粉末W中不含Fe₂O₃，理由是氧化铁是红棕色的固体．丙同学提出如下猜想，请你结合所学知识帮他补充完整．
猜想1：黑色粉末W由铁粉和四氧化三铁（Fe₂O₃）组成；
猜想2：黑色粉末W由铁粉和氧化亚铁（FeO）组成；
猜想3：黑色粉末W由铁粉、四氧化三铁（Fe₃O₄）、氧化亚铁（FeO）组成．

【实验探究】

方案	实验操作	可能的现象	结论
①	取适量黑色粉末W用磁铁吸引	黑色粉末全部被吸引	猜想1正确
②	取适量黑色粉末W用磁铁吸引	黑色粉末部分被吸引	猜想2正确
③	取适量黑色粉末R用加入足量稀盐酸	黑色粉末全部溶解	猜想3正确
④	取适量黑色粉末R用磁铁吸引	黑色固体部分被吸引	猜想3正确

【得出结论】在高温下一氧化碳和氧化铁反应可生成铁、氧化亚铁、四氧化三铁．
【反思提高】
丁同学认为方案②和方案③中得出的结论不正确，其理由是若有四氧化三铁（Fe₃O₄）存在，现象相同（或者不能证明有没有四氧化三铁（Fe₃O₄），合理即可）．
查阅资料知道：
Fe₃O₄溶于稀盐酸生成FeCl₃、FeCl₂和水，其反应方程式可表示为Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O
Fe₃O₄也能溶于稀硝酸（HNO₃），反应生成Fe（NO₃）₃、NO和水，试写出反应的化学方程式3Fe₃O₄+28HNO₃=9Fe（NO₃）₃+NO+14H₂O．

Answer 1

分析 （1）根据碳和二氧化碳反应生成一氧化碳解答；
（2）根据实验的注意事项进行分析；
（3）【进行猜想】①根据化学反应的原理来分析；
②根据实验现象来分析；
③根据氧化铁的颜色来分析；
根据物质的组成来分析；
【反思提高】运用四氧化三铁能被磁铁吸引且也是黑色的知识进行解答
根据反应的原理来分析解答．

解答 解：（1）二氧化碳和碳在高温下生成一氧化碳，化学方程式为CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO；故填：CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO；
（2）一氧化碳有毒，会污染空气，所以应该将其燃烧，转化为二氧化碳．故填：缺少尾气处理装置；
（3）①在高温的条件下，一氧化碳将氧化铁还原为铁，同时生成二氧化碳，其中一氧化碳充当还原剂；故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；还原；
②黑色粉末W与足量的硫酸铜溶液反应后仍有黑色固体存在，说明其中含有铁的氧化物，故填：黑色粉末W与足量的硫酸铜溶液反应后仍有黑色固体存在；
③氧化铁是一种红棕色固体，而M是黑色的，所以不含氧化铁，故填：氧化铁是红棕色的固体；
黑色粉末W由铁粉、四氧化三铁（Fe₃O₄）、氧化亚铁（FeO）组成；故填：铁粉、四氧化三铁（Fe₃O₄）、氧化亚铁（FeO）组成；
由于猜想③是需要证明三种物质的存在，所以取适量黑色粉末R用磁铁吸引由于四氧化三铁能被磁铁吸引，所以只要黑色粉末部分被吸引，就说明该物质中存在氧化亚铁和四氧化三铁，结合固体R的成分中含有红色固体铜的形成过程可知混合物中还含有单质的铁，是因为铁能与硫酸铜反应生成单质的铜．故填：黑色固体部分被吸引；
【反思提高】四氧化三铁也能被磁铁吸引，四氧化三铁也能和稀盐酸反应，所以方案②和方案③中得出的结论都不正确；故填：若有四氧化三铁（Fe₃O₄）存在，现象相同（或者不能证明有没有四氧化三铁（Fe₃O₄），合理即可）；
Fe₃O₄溶于稀盐酸生成FeCl₃、FeCl₂和水，其反应方程式可表示为Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O；故填：Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O；
Fe₃O₄也能溶于稀硝酸（HNO₃），反应生成Fe（NO₃）₃、NO和水，方程式为：3Fe₃O₄+28HNO₃=9Fe（NO₃）₃+NO+14H₂O；故填：3Fe₃O₄+28HNO₃=9Fe（NO₃）₃+NO+14H₂O．

点评 化学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，有助于提高观察实验、进行实验的能力．所以，对化学实验不仅要认真观察，还应掌握设计实验、观察实验现象的方法．