Question

某化學興趣小組進行“CO還原氧化鐵”的實驗（如圖），待紅色氧化鐵完全變成黑色粉末時停止加熱，繼續通入CO冷卻到室溫．為檢驗生成物是否全部為鐵粉，他們取出適量的黑色粉末用磁鐵驗證，發現黑色粉末全部能被磁鐵吸引．
【提出問題】CO還原氧化鐵后所得黑色粉末全部是鐵粉嗎？
【查閱資料】查閱到的相關資料：
（1）CO與氧化鐵在570℃以上時，依次發生下列3個反應：
3Fe₂O₃+CO

高溫  .

2Fe₃O₄+CO₂  
Fe₃O₄+CO

高溫  .

3FeO+CO₂  
FeO+CO

高溫  .

Fe+CO₂
（2）在鐵的氧化物中，僅有氧化鐵是紅色（其余皆是黑色），僅有氧化亞鐵在空氣中會很快被氧化成氧化鐵，僅有四氧化三鐵具有磁性．
【猜想與假設】請你結合課本知識和查到的資料信息，對黑色粉末的組成提出猜想．
猜想①：黑色粉末全部是鐵粉；
猜想②：黑色粉末全部是四氧化三鐵；
猜想③：黑色粉末

鐵與四氧化三鐵的混合物

．
【實驗與結論】請你設計實驗驗證猜想（假設各組分均能被檢出）．
取樣裝入試管，

取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末完全溶解并有氣泡生成

，則猜想①正確．
取樣裝入試管，

取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末沒有溶解

，則猜想②正確
取樣裝入試管，

取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末部分溶解

，則猜想③正確
【反思與拓展】
（1）做“CO還原氧化鐵”實驗，如何操作才能確保氧化鐵被完全還原成鐵粉？請你提出1條建議：

控制溫度達到570℃以上

．
（2）據報道，日本超市的食品密封包裝盒的透明蓋內放有少量的氧化亞鐵，一旦密封包裝破損氧化亞鐵就會變為

紅

色，這樣售貨員就能及時發現．請寫出氧化亞鐵在空氣中自然變色的化學方程式：

4FeO+O₂=2Fe₂O₃

．

Answer 1

分析：【猜想與假設】由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；或者是兩者的混合物；
【實驗與結論】依據鐵能與鹽酸反應生成氫氣，而四氧化三鐵不能與鹽酸反應對實驗進行設計即可；
【反思與拓展】（1）根據題干中的信息“CO與氧化鐵在570℃以上時，依次發生下列3個反應”分析解答；
（2）依據氧化鐵的顏色以及題中的信息分析解答；

解答：解：【猜想與假設】由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，而該黑色粉末全部能被磁鐵吸，所以黑色固體的成分可能是：①全部是鐵；②全部是四氧化三鐵；③兩者的混合物；
【實驗與結論】因為鐵能與鹽酸反應生成氫氣，而四氧化三鐵不能與鹽酸反應，所以①取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末完全溶解并有氣泡生成，說明該黑色固體全部為鐵；②取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉沒有溶解，說明該黑色固體全部是四氧化三鐵；③取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末部分溶解且有氣體放出，則該黑色固體為鐵與四氧化三鐵的混合物；
【反思與拓展】（1）由于“CO與氧化鐵在570℃以上時，依次發生下列3個反應”并最終生成單質的鐵，所以要確保氧化鐵被完全還原成鐵粉，則應控制溫度在570℃以上；
（2）依據由于氧化鐵的顏色是紅色的，所以黑色的氧化亞鐵被氧化為氧化鐵時，固體會變成紅色，反應的方程式為4FeO+O₂=2Fe₂O₃；
故答案為：【猜想與假設】鐵與四氧化三鐵的混合物．
【實驗與結論】取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末完全溶解并有氣泡生成；
 取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉沒有溶解；
取適量黑色粉末加入足量稀鹽酸，黑色粉末部分溶解；
【反思與拓展】
（1）控制溫度達到570℃以上．
（2）紅；4FeO+O₂=2Fe₂O₃．

點評：此題是對一氧化碳還原氧化鐵的產物的考查，解題的關鍵是利用題干中的信息結合鐵與鹽酸的反應對問題進行分析探討；