Question

某化学兴趣小组同学在中国人民革命军事博物馆里看到了展品中有被烧熔在一起的美军钢盔、卡宾枪，询问老师后得知是铝热反应所致。小组同学对铝热反应原理产生了兴趣，并对铝热剂的成分进行了如下探究。

（查阅资料）①铝热剂是铝粉和难熔金属氧化物的混合物，最常见的组合是铁铝热剂；

②铝可以与氢氧化钠溶液反应，反应过程中有氢气生成；

③铝热反应能得到新的金属单质和金属氧化物；

④四氧化三铁能被磁铁吸引，氧化铁、氧化亚铁均不能被磁铁吸引。

（提出问题）铁铝热剂中铁的氧化物是什么？

（作出猜想）甲：Fe₂O₃；乙：Fe₃O₄；丙：Fe₂O₃、Fe₃O₄。

（实验探究）

实验操作	实验现象	实验结论
步骤1：取一定量的样品于试管中，加入足量的氢氧化钠溶液	_____，部分固体溶解	铁的氧化物为Fe2O3
步骤2：将步骤1中反应后的混合物过滤，取少量烘干后的滤渣研碎，用磁铁充分吸引	_____

（讨论交流）步骤1中加入足量的氢氧化钠溶液，而不加入稀盐酸或稀硫酸的目的是_____。

（质疑）有同学认为上述实验结论不严谨，铝热剂中可能还含有FeO．于是为了进一步验证铁的氧化物，同学们设计图1所示的装置进行探究（实验前先通入一段时间氮气，排尽装置内的空气）。

 

（数据记录）称取步骤2中得到的滤渣mg在A装置中充分反应后，测得A装置中减少的质量为ng。

（数据处理）根据上述实验数据，通过计算得出铁铝热剂中铁的氧化物是Fe₂O₃则n＝_____（用含m的式子表示）。

（拓展迁移）（1）本实验的铝热剂样品在高温下发生铝热反应，其反应的化学方程式为_____。

（2）铝热反应的实验装置如图2所示，实验时点燃镁条，观察到镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的光芒，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，其中氯酸钾的作用是_____。

Answer

产生气泡 滤渣不能被吸引 防止除去铝的同时除去铁的氧化物 0.3m 分解产生氧气，使镁条剧烈燃烧

【解析】

实验探究：

步骤1：取一定量的样品于试管中，加入足量的氢氧化钠溶液，氢氧化钠和铝反应生成偏铝酸钠和氢气，产生气泡；

步骤2：将步骤1中反应后的混合物过滤，取少量烘干后的滤渣研碎，用磁铁充分吸引，滤渣不能被吸引，说明滤渣是氧化铁。

讨论交流：

步骤1中加入足量的氢氧化钠溶液，而不加入稀盐酸或稀硫酸的目的是防止除去铝的同时除去铁的氧化物。

数据处理：

根据上述实验数据，通过计算得出铁铝热剂中铁的氧化物是Fe2O3，A装置中减少的质量为ng，即铁的氧化物中氧元素质量是ng，根据题意有：，n＝0.3m。

拓展迁移：

（1）本实验的铝热剂样品在高温下发生铝热反应，即高温条件下铝和氧化铁反应生成氧化铝和铁，其反应的化学方程式为：。

（2）铝热反应的实验装置如图2所示，实验时点燃镁条，观察到镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的光芒，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，其中氯酸钾的作用是分解产生氧气，使镁条剧烈燃烧，提供高温环境。