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 。
2012年1月,广西河池宜州市境内龙江河发生了镉浓度超标事件。根据该事件某化学活动小组开展了一次关于金属镉与铜、银活动性顺序的探究及镉污染事故处理方法的研讨活动。
查阅资料:①镉(Cd)是一种银白色金属,在化合物中通常表现为+2价②水体中镉元素通常以氯化镉的形式存在③氯化镉能溶于水,氢氧化镉难溶于水
(一)金属镉与铜、银活动性顺序的探究
实验步骤 |
实验现象 |
实验结论 |
取适量镉、铜、银于试管中,加入足量 |
镉表面有气泡产生,铜、银表面无气泡产生 |
镉的活动性顺序大于铜与银 |
取适量铜于试管中,加入少量硝酸银溶液 |
, 。 |
铜的活动性顺序大于银 |
实验结论:活动性顺序:镉>铜>银
(二)对镉污染事故处理方法的讨论
小聪认为可用向受污染河段抛撒过量烧碱固体的方法除去氯化镉,反应原理用化学方程式表示为。小敏认为该方案虽然有效,但有缺陷,原因是。受小聪与小敏启发,你认为可以用(写俗称)代替烧碱。
小丽对家中的家用制氧机产生了浓厚的兴趣。她通过阅读说明书了解到家用制氧机的工作原理如下:
加压时,装填在制氧机内部的分子筛吸附空气中的氮气,制取高浓度氧气。减压时,分子筛将所吸附的氮气排放。整个过程中,分子筛并不消耗。
小丽用这台家用制氧机制取并收集了一袋气体,带到实验室对其进行研究。
实验I:小丽欲通过以下实验验证所收集的气体是否为纯净的氧气。
【实验记录】
实验步骤 |
实验现象 |
化学方程式 |
取一只250 mL的集气瓶,用排水法收集一瓶所带气体,然后把一小块燃着的木炭插入集气瓶中 |
木炭燃烧得更旺 |
化学方程式I |
表中,化学方程式I是。
【实验结论】收集的气体是纯净的氧气。
【实验反思】老师指出上述实验并不能证明小丽所带来的气体一定是纯净的氧气。该实
验不能证明所收集气体为纯净氧气的原因是。
实验II:测定小丽所带气体中氧气的含量。
同学们在老师的指导下设计了如下图所示装置,进行实验,并重复多次。
(250 mL 集气瓶)
【实验记录】
实验操作 |
主要实验现象 |
实验结论及解释 |
|
① |
检查装置的气密性 |
装置的气密性良好 |
|
② |
加入药品,将装置连接固定 |
||
③ |
打开止水夹a和b,向A中缓慢鼓入一定量气体后关闭止水夹a和b |
A中水进入到B中,B中水的体积为200 mL。 |
收集200 mL气体(由压强差引起的误差忽略不计) |
④ |
用凸透镜聚光引燃白磷 |
燃烧,产生大量白烟 |
|
⑤ |
待白磷熄灭并冷却到室温, 进行操作I |
现象I |
小丽收集的气体不是纯净的氧气 |
表中,操作I是;现象I是。
【数据记录】
实验次序 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
B中剩余水体积/mL |
100 |
42 |
39 |
41 |
38 |
【数据处理】已知,在上表数据中,第1组数据偏差较大,存在明显误差,在数据处理时应删去。小丽所带气体中氧气的体积分数为% 。
【实验反思】
(1)这台家用制氧机制氧气的过程发生的变化属于(填“物理变化”或“化学变化”)。
(2)导致第1组数据产生较大误差的可能原因是。
小明在网络中看到镁是航空工业的重要材料,欲通过实验探究镁的性质。
(1)小明推测镁能与O2反应、与稀盐酸反应、与硫酸铜溶液反应,他的依据是。
(2)小明设计了如下实验对假设进行验证。
①取一支试管,放入一根镁条,加入一定量稀盐酸,观察到有无色气体产生,发生反应的化学方程式为。将镁条换为铁丝,重复上述操作,可观察到产生气体的速率(填“变快”、“变慢”或“不变”)。
②另取一支试管,放入一根镁条,加入一定量硫酸铜溶液,观察到镁条表面有少量气泡产生,且有黑色物质生成。
(3)镁条与硫酸铜溶液反应的现象让小明感到困惑,他去图书馆查到相关资料:
资料1:硫酸铜溶液在配制时加入了少量硫酸;
资料2:当金属粉末颗粒很小时,容易成为黑色;
资料3:实验过程中发生了一系列复杂的反应,生成的黑色粉末可能是CuO、Cu
中的一种或两种。
①镁条与硫酸铜溶液反应的实验中产生的气体可能为。
②小明进一步设计实验确定黑色粉末的成分,请在下表中补全实验方案。
实验操作 |
实验现象 |
结论 |
将黑色粉末过滤、晾干后,分成两份 |
||
将其中一份装入硬质玻璃管中,向其中通入CO后,加热,并将生成的气体通入澄清石灰水中 |
澄清石灰水 变浑浊 |
结论I |
将另一份置于坩埚中,称其质量为m1,在空气中加热一段时间后冷却,称其质量为m2。 |
现象I |
黑色粉末中含Cu |
表中,结论I是;现象I是。
根据下图回答问题。
(1)实验仪器a的名称是。
(2)实验室用高锰酸钾制取氧气的化学方程式为,所选用的发生装置是(填字母序号)。
(3)用大理石和稀盐酸制取二氧化碳的化学方程式为。收集一瓶二氧化碳所选用的装置为(填字母序号)。收集二氧化碳时,需要验满,具体操作是将燃着的木条放在瓶口,若观察到,说明瓶中已充满二氧化碳。
下图所示的一组实验可用于研究燃烧的条件(夹持固定装置略去)。
已知白磷的着火点为40℃,红磷的着火点为240℃。
(1)在如图1所示的实验中,分别用玻璃棒蘸取酒精和水,再在酒精灯火焰上加热,片刻后移开,实验现象如下:
实验用品 |
现象 |
蘸有酒精的玻璃棒 |
产生火焰 |
蘸有水的玻璃棒 |
无明显变化 |
从观察到的实验现象得出燃烧应具备的条件是,写出此实验中发生反应的化学方程式。
(2)在如图2所示的实验中,a、b两处放有少量白磷,c处放有少量红磷,当看到a处白磷燃烧、c处红磷不燃烧时,估计温度计示数一定在℃以上,此现象能够说明燃烧应具备的条件是。
(3)除上述两个条件外,燃烧还应具备的条件是;在图2所示的实验中,能说明该条件的实验现象是。