铁和四氧化三铁及其他含铁物质的性质、转换、用途是初中化学常见的知识内容。某兴趣小组同学在《培养中学生基本科学素养的化学实验教学研究》课题组老师的带领下开展了系列研究。
I:铁和四氧化三铁的转换:
i.铁在氧气里燃烧
【探究一】探究铁丝燃烧是否需要纯氧
【实验内容】取0.33mm的铁丝,分别在体积分数为90%、70%、65%、60%、55%的氧气中进行实验,实验现象:
O2% |
90% |
70% |
65% |
60% |
55% |
实验现象 |
燃烧剧烈,燃烧时间长,效果好 |
燃烧比90%弱,燃烧时间短,实验成功 |
燃烧比70%弱,燃烧时间比70%短,实验成功 |
燃烧比65%弱,燃烧时间更短,实验成功 |
难以燃烧,只是发红 |
【结论】就0.33mm铁丝而言,依据上表燃烧所需氧气的最低体积分数为 ,且氧气浓度越大,燃烧越剧烈。
【反思】所有铁丝的燃烧所需氧气最低浓度为上述结论 (填“是”或“不”)合理,理由是 。
ii:铁和四氧化三铁在转换时的应用:
在焊接两根铁轨时,为确保施工质量,工程技术人员常用到一种叫做“引火铁”的反应活性材料,“引火铁”(极细的铁粉)是一种准纳米材料,它在空气中可以自燃。某化学兴趣小组根据上述原理设计在实验室制备其过程如下:
(1)在高温条件下用普通铁粉和水蒸气反应,得到粉末状的四氧化三铁和氢气。
(2)将四氧化三铁粉末再在高温条件下经过与上述过程相反的反应生成“引火铁”粉末。请分别用以下两套装置,制取四氧化三铁和“引火铁”。
(注:装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去)
填写下列空白:
(1)写出实验过程中第(1)、(2)两个步骤中的任一反应方程式: ;
(2)在实验装置中,烧瓶B的作用是 ;
(3)实验时试管A中加入的固体是 ;
(4)在试管H中反应进行H2还原Fe3O4前,在I出口处必须先 。
II:在实验室中模拟炼铁化学原理的实验,对固体产物成分等进行探究
【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末,实验装置如图。
【进行实验】该小组按上述实验设计,在一定温度下进行了实验,测得下列数据:
①反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量66g(玻璃管的质量为60g)
②反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量65.8g(冷却到室温称量)
【得出结论】通过实验中获得的数据进行计算,得出黑色固体粉末为 。
【反思与评价】一氧化碳还原氧化铁的实验中,可能会生成四氧化三铁、氧化亚铁等,那么要提高含铁量可采用的方法是 。
某同学设计了测定空气中氧气含量的实验,实验装置如下图。
该同学的实验步骤如下:
①将图中的集气瓶分为5等份,并作好标记。
②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷,将导管上的止水夹夹紧,在酒精灯上点燃红磷,并立即伸入集气瓶内,塞紧橡皮塞。
③充分反应后,待集气瓶冷却至室温,打开止水夹。
请回答下列问题:
(1)该实验中红磷需稍过量,目的是________________________ 。
(2)步骤③中打开止水夹后观察到的现象是__________________,由此可得出空气中氧气的体积分数约为 _________________。在该实验中不仅测出了空气中氧气的含量,而且从中还得到了氮气的什么性质__________________________________。
(3)红磷燃烧的文字表达式______________________________ 。
如图是实验验证空气中氧气含量的装置。红磷与氧气反应后生成固体五氧化二磷,该固体极易溶于水,而木炭与氧气反应后生成气体二氧化碳,该气体在水中溶解性不大。下图为两个同学设计的测定空气中氧气含量的实验示意图。
图Ⅰ图Ⅱ
(1)图Ⅰ实验时,燃烧匙里为什么要盛过量的红磷?
(2)图Ⅰ实验除了可以得出氧气约占空气体积1/5的结论外,还可以得出有关氮气性质的哪些结论?
(3)图Ⅱ装置燃烧匙中放点燃的木炭,可以得到氧气约占空气体积1/5的结论吗?为什么?
图Ⅰ是小红按课本进行的一个化学实验,在实验时同学们闻到了一股难闻的刺激性气味。于是小明对原实验装置进行了改进,装置如图Ⅱ。
【实验操作】
a.向B、C、E三支试管中分别加入5mL的蒸馏水,各滴入1~2
滴无色酚酞溶液,振荡,观察溶液颜色。
b.在A、D试管中分别加入2 mL浓氨水,立即用带橡皮塞的导管按实验图Ⅱ连接好,并将D试管放置在盛有热水的烧杯中,观察几分钟。
【分析讨论】:
⑴E试管放有酚酞溶液的目的是。
⑵进行操作b时观察到的现象是。
⑶由此可以得到的实验结论是①,
②。
⑷对比改进前的实验,改进后实验的优点是。
某同学为了研究竹子里的气体成分,做了一个实验:
(1)先将竹子浸入水中,钻个小孔,看到一串气泡冒出。然后采用_________法(填实验室常用的一种收集气体的一种方法)收集了一甲、乙两瓶气体。
(2)将放有足量红磷的燃烧匙伸入甲瓶气体里, 用放大镜聚焦,使红磷燃烧,瓶内充满了白烟。然后将甲瓶倒放入水,导管伸入水中,松开夹子,结果流入的水约占瓶子容积的1/10,这说明竹子里的气体肯定含有________,约占_________(体积分数)。
(3)再往乙瓶中倒入一些澄清石灰水,发现马上变浑浊,这说明竹子里有气体肯定有。
(4)那么,竹子里的气体含量与空气有什么区别?相比较你得出的结论是:
(11)请你和小明一起进行实验室制取二氧化碳和二氧化碳的性质探究实验.
(1)确定药品.小明对3组药品进行了研究,实验记录如下:
组别 |
药品 |
实验现象 |
① |
块状石灰石和稀盐酸 |
产生气泡速率适中 |
② |
块状石灰石和稀硫酸 |
产生气泡速率缓慢并逐渐停止 |
③ |
碳酸钠粉末和稀盐酸 |
产生气泡速率很快,形成大量泡沫从导管冲出 |
从制取和收集的角度分析,一般选择第①组药品,该组药品发生反应的符号表达式为。
不选择第③组药品的原因是 。
反应速率太快,难以控制,难以收集
(2)检查仪器药品:下面是实验桌上摆放好的该实验所需的用品,小明发现其中缺少了一种必需的实验仪器和一种药品,请你写出所缺仪器的名称,镊子、所缺药品是。
(3)选择装置.通过对制取二氧化碳反应的分析,他选择用过氧化氢制取氧气的发生装置.你认为他选择的依据是。
若要得想到平稳的气流,你认为他最好改用的发生装置是(下图)A(选填“A”或“B”)
若用C装置收集生成的二氧化碳,气体应从进入浓硫酸a
(4)制取气体.将药品装入所选装置制取气体,并用向上排空气法收集.验满方法是 。
将燃着的木条放在集气瓶口,观察火焰是否熄灭
(5)气体检验.将生成的气体通入石灰水中,石灰水不浑浊.可能的原因是。
(6)清洗整理.小明发现此时试管中石灰石表面的还在产生气泡.他认为该废液可能具有性,所以不能倒入下水道,应该倒入中。酸性