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【题目】我国是一个钢铁大国,钢铁产量为世界第一。某化学实验小组的同学用下面的装置在实验室中模拟炼铁。请你和他们一起完成相关探究。

(1)操作顺序是实验成败的关键,对于该实验,应______________________(填“先通入一氧化碳”或“先点燃酒精灯”)。

(2)反应中可观察到粗玻璃管内的实验现象为__________________,写出该反应的化学方程式__________________________________________________。

(3)产物的检验:

①初步检验:甲同学想对反应后的产物进行初步检验,请你帮他想出一个物理方法:______。

②进一步验证:乙同学想用化学方法对产物进一步验证,他将反应后的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,发现只有部分变成红色。请写出生成红色物质的化学方程式:____________。

(4)质疑与探究:

①乙同学对产物的成分产生了质疑,查阅相关资料之后得知,一氧化碳还原氧化铁是一个逐渐的过程。

首先是Fe2O3被还原为Fe3O4:3Fe2O3 + CO2Fe3O4 + CO2。

然后是Fe3O4被还原为FeO:CO + Fe3O4______ + CO2。

最后是FeO被还原为Fe:FeO + CO Fe + CO2

②通过以上分析,甲乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想:

已知:FeO、Fe3O4均为黑色,且Fe3O4有磁性。FeO、Fe3O4都不与硫酸铜溶液反应。

猜想一:Fe与Fe3O4; 猜想二:Fe与FeO; 猜想三:Fe与Fe3O4和FeO。

③为了对产物固体的成分进行更客观的分析,甲乙同学将所做实验整理如下:

实验内容

实验现象

实验结论

将反应后得到的黑色粉末

用磁铁吸引

_____________

猜想一成立

将反应后得到的黑色粉末

加入足量的硫酸铜溶液中

_____________

④实验反思:为了提高铁的产率,应适当_______(填“降低”或“提高”)反应温度。

【答案】 先通入一氧化碳 由红棕色变成黑色 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 能被磁铁吸引 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 3FeO 全部被吸引 部分变红 提高

【解析】(1)一氧化碳具有可燃性,加热前一定要先通入一氧化碳气体,然后给玻璃管加热,完全反应后停止加热,为防止生成的铁又被氧化,要再通一会一氧化碳;(2). 反应现象:由红棕色变成黑色 ;(3). Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 (4). 反应后得到的黑色粉末用磁铁吸引,可发现黑色粉末能被磁铁吸引; (5). 金属活动顺序表:K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au,金属的活动性越强。位置靠前的金属能将位于其后的金属从它的盐溶液中置换出来。所以铁与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁,反应方程式为:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu ; (6). 据质量守恒定律可知反应前后原子的种类个数不变,所以应填3FeO;(7). Fe与Fe3O4都能被磁铁吸引,所以如猜想一成立,现象是全部被吸引; (8). 铁能与硫酸铜反应,但是四氧化三铁不能与硫酸铜反应,所以固体部分变红; (9). 由题中信息可知提高温度,有利于固体生成物都成为铁。

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