Question

做完“鐵在氧氣里燃燒”實(shí)驗(yàn)后，某興趣小組有一些疑惑不解的問(wèn)題，于是他們進(jìn)行了以下探究活動(dòng)，請(qǐng)你一同參與．
[問(wèn)題1]細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒為什么會(huì)“火星四射”？
[查閱資料1]①日常生活中的鋼鐵制品都含有少量碳雜質(zhì)． ②含碳細(xì)鐵絲燃燒時(shí)，其中的炭粒生成的CO₂氣體在熔融液態(tài)物質(zhì)中形成氣泡，熔融液態(tài)物質(zhì)因氣泡炸裂引起“火星四射”的現(xiàn)象．
[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]為了探究細(xì)鐵絲在純氧中燃燒產(chǎn)生“火星四射”現(xiàn)象的原因，該小組同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是：取長(zhǎng)短粗細(xì)相同的含碳細(xì)鐵絲和不含碳的細(xì)鐵絲，分別在足量的氧氣中燃燒，觀察現(xiàn)象．你認(rèn)為他們的方案______（填“合理”或“不合理”）．
[實(shí)驗(yàn)探究1]小明做細(xì)鐵絲在氧氣中的燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，他把細(xì)鐵絲繞成螺旋狀，一端系在一根鐵絲上，另一端系上一根火柴．點(diǎn)燃火柴后迅速把鐵絲連同火柴一起插入集氣瓶下部（沒(méi)有接觸到細(xì)沙，如圖所示），但不見(jiàn)鐵絲燃燒，反復(fù)實(shí)驗(yàn)均未成功．
該同學(xué)認(rèn)為可能導(dǎo)致失敗的原因主要有三種：
A．鐵絲表面有銹跡，影響了反應(yīng)的進(jìn)行；
B．點(diǎn)燃火柴后立即將它伸入瓶?jī)?nèi)，火柴燃燒消耗了氧氣，不利于鐵絲的燃燒；
C．火柴燃燒時(shí)有大量的熱量放出，將鐵絲和火柴迅速伸至集氣瓶下部，因熱脹冷縮之故．瓶?jī)?nèi)氧氣會(huì)膨脹逸出，使鐵絲無(wú)法燃燒．
實(shí)驗(yàn)：根據(jù)以上假設(shè)，他對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)作的相應(yīng)改進(jìn)為：
（1）______；（2）______；（3）______．
[問(wèn)題2]鐵燃燒時(shí)濺落下來(lái)的黑色物質(zhì)中還有沒(méi)有鐵呢？
[查閱資料2]①自然界中鐵的氧化物主要是Fe₃O₄和Fe₂O₃兩種（FeO極易被氧化為Fe₂O₃）；②鐵的氧化物均能溶于酸的溶液．
[實(shí)驗(yàn)探究2]將冷卻后的黑色物質(zhì)碾碎，裝入試管，加入______溶液，觀察到的現(xiàn)象是______，說(shuō)明鐵燃燒時(shí)濺落下來(lái)的黑色物質(zhì)中還含有鐵．
[問(wèn)題3]鐵燃燒的產(chǎn)物為什么不是Fe₂O₃呢？
[查閱資料3]①Fe₃O₄和Fe₂O₃的分解溫度、鐵的熔點(diǎn)見(jiàn)表：②Fe₂O₃高溫時(shí)分解成Fe₃O₄．

	Fe3O4	Fe2O3	鐵
分解溫度/℃	1538	1400	-
熔點(diǎn)/℃	-	-	1535

[理論探討]
根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并結(jié)合表中數(shù)據(jù)，可推知鐵在氧氣里燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫應(yīng)在______之間，在此溫度范圍內(nèi)Fe₂O₃已分解，所以鐵在氧氣里燃燒的產(chǎn)物是Fe₃O₄．
[拓展延伸]
（1）小林同學(xué)發(fā)現(xiàn)“鐵絲”在純凈氧氣中燃燒起來(lái)，觀察到火星四射，并有黑色固體生成，請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式______；
（2）Fe₂O₃高溫時(shí)會(huì)分解成Fe₃O₄和一種氣體，請(qǐng)寫(xiě)出此反應(yīng)的化學(xué)方程式______；
（3）有些超市的食品密封包裝盒的透明蓋內(nèi)放有黑色的FeO粉末，若粉末的顏色______，就說(shuō)明包裝盒破損進(jìn)氣，這樣售貨員就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理．

Answer 1

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】通過(guò)[查閱資料1]知“含碳細(xì)鐵絲燃燒時(shí)，其中的炭粒生成的CO₂氣體在熔融液態(tài)物質(zhì)中形成氣泡，熔融液態(tài)物質(zhì)因氣泡炸裂引起“火星四射”的”；要驗(yàn)證這一點(diǎn)，可進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，也就是取含碳鐵絲與不含碳鐵絲分別在氧氣中燃燒，觀察現(xiàn)象．故該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是合理的；
【實(shí)驗(yàn)探究1】該同學(xué)認(rèn)為可能導(dǎo)致失敗的原因主要有三種：A．鐵絲表面有銹跡，影響了反應(yīng)的進(jìn)行；B．點(diǎn)燃火柴后立即將它伸入瓶?jī)?nèi)，火柴燃燒消耗了氧氣，不利鐵絲燃燒；C．火柴燃燒時(shí)有大量的熱量放出，將鐵絲和火柴迅速伸至集氣瓶下部，因熱脹冷縮之故．瓶?jī)?nèi)氧氣會(huì)膨脹逸出，使鐵絲無(wú)法燃燒；針對(duì)以上假設(shè)，可設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證：（1）用砂紙將鐵絲表面的銹除去（2）待火柴快燒盡再將鐵絲放入集氣瓶中（3）將鐵絲和火柴伸至集氣瓶中上部，緩緩伸至集氣瓶底部，然后觀察現(xiàn)象進(jìn)行判斷；
【實(shí)驗(yàn)探究2】：要想證明：鐵燃燒時(shí)濺落下來(lái)的黑色物質(zhì)中還含有鐵，可以將冷卻后的黑色物質(zhì)碾碎，裝入試管，加入稀鹽酸或硫酸銅等溶液，如果出現(xiàn)冒氣泡、出現(xiàn)紅色固體等現(xiàn)象，就證明黑色物質(zhì)中還含有鐵；
【理論探討】：根據(jù)Fe₃O₄和Fe₂O₃的分解溫度、鐵的熔點(diǎn)，首先鐵需要在融化狀態(tài)下反應(yīng)，所以應(yīng)該是高于1535℃，其次是要防止四氧化三鐵分解，所以溫度應(yīng)該是低于1538℃，所以應(yīng)該控制溫度在l535℃～l538℃，這是Fe₂O₃的分解溫度低，已經(jīng)分解了，鐵在氧氣里燃燒的產(chǎn)生是只有Fe₃O₄；
【拓展延伸】：（1）“鐵絲”在純凈氧氣中燃燒起來(lái)，觀察到火星四射，并有黑色固體生成，說(shuō)明生成四氧化三鐵，反應(yīng)方程式是3Fe+2O₂

點(diǎn)燃  .

Fe₃O₄；
（2）已知反應(yīng)物和生成物，寫(xiě)出反應(yīng)，配平即可：6Fe₂0₃

高溫  .

4Fe₃0₄+0₂↑；
（3）如果包裝盒破損進(jìn)氣，空氣中的氧氣就把氧化亞鐵氧化，黑色就變成紅棕色氧化鐵；
故答案為：
[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]合理；
[實(shí)驗(yàn)探究1]（1）用砂紙將鐵絲表面的銹除去；（2）待火柴快燒盡再將鐵絲放入集氣瓶中；（3）將鐵絲和火柴伸至集氣瓶中上部，緩緩伸至集氣瓶底部；
[實(shí)驗(yàn)探究2]稀鹽酸、硫酸銅等；冒氣泡、出現(xiàn)紅色固體等；
[理論探討]l535℃～l538℃；
[拓展延伸]
（1）3Fe+2O₂

點(diǎn)燃  .

Fe₃O₄； （2）6Fe₂0₃

高溫  .

4Fe₃0₄+0₂↑；    （3）由黑色變成紅棕色．