Question

小杰在做铁丝在纯氧中燃烧的实验时，发现燃烧产物是一种不溶于水的黑色固体，小杰想进一步探究该黑色固体的成分。

（1）在做铁丝燃烧实验时，除了生成黑色固体外还观察到的现象是：_________。

（2）对黑色固体的探究：

（查阅资料）

① FeO 和 Fe₃O₄ 都是黑色固体，而且都可和稀盐酸或稀硫酸反应。其中 Fe₃O₄ 和稀硫酸反应生成铁盐、亚铁盐和水，请你写出该反应的化学方程式：________。

② KSCN 溶液遇铁离子显血红色。

（猜 想）

猜想a. 该黑色固体不是Fe₂O₃， 因为___________________；

猜想b. 该黑色固体是___；

猜想c. 该黑色固体是Fe₃O₄；

猜想d. 该黑色固体是 FeO 和 Fe₃O₄ 的混合物。

（实验设想）向黑色固体加入过量稀硫酸的实验过程中,

如果猜想b 成立，则反应后溶液中所含的金属离子为______（写化学符号）；

如果猜想c 成立，则反应后溶液中所含的溶质有_____（写化学式）。

（实验方案）

方案一：取上述固体于烧杯中，加入适量的稀硫酸，过滤后向滤液中滴加 KSCN 溶液，若观察到现象：_____，则猜想 b 不成立。

方案二：如图，向该黑色固体通入足量的氢气充分反应。通过称量反应前、后的固体质量，再通过简单计算来分析确定固体的成分。

①在进行方案二时，小杰称得的固体质量如下：

反应前	反应后
玻璃管的质量为 91 克，固体质量为A 克	玻璃管和固体物质的总质量为（91+B）克

②有同学认为如图所示装置，加热先通一会儿气体 X 再通入氢气，停止加热后再通一会儿氢气，这样可使实验测得的数据更加准确。你认为在O₂、N₂ 和Ne 三种气体中，气体 X 最没有可能的是__________。

③通过计算后，你认为 A:B 的范围是_________时，猜想 d 成立。

Answer

剧烈燃烧，火星四射，放出大量热（答到火星四射即给分） Fe3O4+4H2SO4=Fe2（SO4）3+FeSO4+4H2O 氧化铁不是黑色的（或氧化铁是红色的） FeO（或氧化亚铁） Fe2+ Fe2（SO4）3 FeSO4 H2SO4（写全才得分） 溶液变为血红色 O2（或氧气） 9:7至29:21（不化简或者数据倒过来都给分）

【解析】

（1）铁丝在氧气中燃烧，除了生成黑色固体外还观察到铁丝剧烈燃烧，火星四射，放出大量热。

[查阅资料]

①Fe3O4 和稀硫酸反应生成铁盐、亚铁盐和水 ，该反应的化学方程式为 。

[猜 想]

猜想a. 该黑色固体不是Fe2O3， 因为氧化铁是红色的。

猜想b. 该黑色固体是氧化亚铁，因为氧化亚铁是黑色的。

[实验设想]

如果猜想 b 成立，黑色固体是氧化亚铁，氧化亚铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和水，则反应后溶液中所含的金属离子是亚铁离子，符号为Fe2+。

如果猜想c 成立，该黑色固体是Fe3O4，四氧化三铁与稀硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁和水，则反应后溶液中所含的溶质有生成的和FeSO4，以及过量的H2SO4。

[实验方案]

方案一：取上述固体于烧杯中，加入适量的稀硫酸，过滤后向滤液中滴加 KSCN 溶液，猜想 b 不成立，则溶液中含有铁离子，铁离子遇到KSCN溶液变为血红色。

方案二：②加热前先通一会儿气体 X 再通入氢气，目的是把管内的空气排出来，防止加热氢气时发生爆炸，所以，气体 X 最没有可能的是氧气，因为氢气与氧气混合加热可能发生爆炸。

③根据质量守恒定律可知，铁的氧化物与氢气完全反应时，固体减少的质量就是氧化物中氧元素的质量。假设A全部是氧化亚铁时，A与B的质量比为氧化亚铁的质量与氧化亚铁中铁元素的质量之比，则有：，解得A：B=9：7；假设A全部是四氧化三铁时，A与B的质量比为四氧化三铁的质量与四氧化三铁中铁元素的质量之比，则有：，解得A：B=29：21。猜想 d 成立，黑色固体中既有氧化亚铁也有四氧化三铁，则A：B的范围是9:7至29:21。