Question

【題目】某化學(xué)興趣小組的同學(xué)對(duì)鐵還有含鐵的一些物質(zhì)產(chǎn)生了興趣，進(jìn)行了一系列探究活動(dòng)，請(qǐng)你一同參與。

（探究一）：鐵絲燃燒是否需要純氧

（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）：取長(zhǎng)短相同直徑均為0.38mm的鐵絲，分別在O2含量不同的情況下實(shí)驗(yàn)。

（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）

O2%	90%	70%	60%	55%
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	燃燒劇烈，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，效果好	燃燒比90%弱，燃燒時(shí)間短，實(shí)驗(yàn)成功	燃燒比70%弱，燃燒時(shí)間更短，實(shí)驗(yàn)成功	難以燃燒，只是發(fā)紅

（1）在做鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)時(shí)，最好用____法收集，該反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式為___；

（2）若用如圖1裝置收集一瓶（150mL）含氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為60%的氣體，方法是：在150mL集氣瓶里裝滿(mǎn)水，塞緊膠塞并關(guān)閉活塞b，打開(kāi)活塞a通入氧氣，把瓶里的水排入量筒，當(dāng)量筒內(nèi)的水達(dá)到設(shè)定的體積后立即關(guān)閉活塞a，然后打開(kāi)活塞b通入空氣，把瓶里的水全部排入量筒。則停止通入氧氣時(shí)量筒內(nèi)水的體積約為_______（提示：空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為1/5 ）。

（結(jié)論）：就0.38mm鐵絲而言，燃燒所需氧氣的最低體積分?jǐn)?shù)為大于55%，且氧氣濃度越大，燃燒現(xiàn)象越__________。（填“劇烈”或“不劇烈”）；

（探究二）：鐵絲燃燒產(chǎn)生火星四射的原因

（查閱資料）

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。

（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）取長(zhǎng)短相同、直徑均為0.20mm、含碳量不同的鐵絲分別在足量的氧氣中燃燒，觀察現(xiàn)象

（1）小明按圖2實(shí)驗(yàn)時(shí)，集氣瓶中放水的目的是______；

（2）下表是他將幾種鐵絲放入氧氣中燃燒時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄。請(qǐng)你分析完成下表：

物質(zhì)	純鐵絲	含碳0.05%的鐵絲	含碳0.2%的鐵絲	含碳0.6%的鐵絲
燃燒時(shí) 的現(xiàn)象	無(wú)火星四射現(xiàn)象，熔斷	劇烈燃燒，極少火星	劇烈燃燒，少量火星	_________

（3）通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明鐵絲燃燒產(chǎn)生火星四射現(xiàn)象和________（填元素符號(hào)）有關(guān)。

（探究三）：該化學(xué)興趣小組還對(duì)含有鐵粉的“暖寶寶”進(jìn)行探究，并利用發(fā)熱原理測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

（查閱資料）

“暖寶寶”中含有鐵粉、活性炭、水、氯化鈉等物質(zhì)。遇空氣發(fā)生反應(yīng)的表達(dá)式是： Fe+O2+H2O→Fe(OH)2，該過(guò)程放熱。

（實(shí)驗(yàn)回顧）

圖1是實(shí)驗(yàn)室用紅磷燃燒來(lái)粗略測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置。

實(shí)驗(yàn)原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶?jī)?nèi)______減小，量筒中水倒吸到集氣瓶。若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，可以根據(jù)量筒中測(cè)出進(jìn)入瓶中的水的體積，粗略測(cè)得空氣中氧氣的含量。

（問(wèn)題提出）

有實(shí)驗(yàn)資料表明：燃燒過(guò)程中當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于7% 時(shí)，紅磷就無(wú)法繼續(xù)燃燒，因此通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，測(cè)置結(jié)果與理論值誤差較大。

（實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1）

圖2是鐵在空氣中反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置（該裝置中飽和食鹽水、活性炭會(huì)加速鐵在氧氣中反應(yīng)的速度）。興趣小組的同學(xué)利用該裝置，再次測(cè)定空氣中氧氣含量。

（表達(dá)與交流）

從實(shí)驗(yàn)原理角度分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比前者準(zhǔn)確度更髙的原因是_________；

（反思評(píng)價(jià)）該改進(jìn)裝置存在不足會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，原因是________。

（實(shí)驗(yàn)改進(jìn)2）

丁同學(xué)設(shè)想用圖1裝置，換用“暖寶寶”中的物質(zhì)代替紅磷將其燃燒，進(jìn)行氧氣含量的測(cè)定，你認(rèn)為是否可行，并說(shuō)明理由__________

（知識(shí)拓展）

已知某鐵的氧化物中，鐵元素和氧元素的質(zhì)量比為7：3，則該氧化物的化學(xué)式為_____。

Answer 1

【答案】排水法 Fe + O2 Fe3O4 75ml 劇烈 防止生成固體濺落，炸裂瓶底 劇烈燃燒 ,火星四射 C 壓強(qiáng) 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)?zāi)芨鼜氐椎南�耗氧�? 沒(méi)有用彈簧夾夾緊橡皮管，瓶中反應(yīng)放熱，使瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹而逸出 不可行，暖寶寶中的活性炭會(huì)燃燒生成二氧化碳?xì)怏w，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Fe2O3

【解析】

探究一：（1）依據(jù)氧氣不易溶于水及所用的是不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣分析解答；

（2）本題需要考慮空氣中氧氣的含量和收集的氧氣的綜合占比為60%，再依據(jù)收集裝置的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)解答量筒內(nèi)水的體積；根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的數(shù)據(jù)情況可以判斷鐵絲燃燒所需氧氣的最低體積分?jǐn)?shù)，并且能夠判斷影響鐵絲燃燒劇烈程度的因素；

探究二：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以判斷隨著含碳量的變化，是否出現(xiàn)火星及其劇烈程度的情況進(jìn)行解答；

探究三：

實(shí)驗(yàn)回顧：根據(jù)測(cè)量原理進(jìn)行分析解答；

交流與表達(dá)：根據(jù)鐵生銹的知識(shí)進(jìn)行分析解答即可；

反思評(píng)價(jià)：根據(jù)測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置要密封進(jìn)行分析解答；

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)2：根據(jù)碳燃燒消耗氧氣的同時(shí)，生成了二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行分析解答；

知識(shí)拓展：根據(jù)質(zhì)量比求出原子的個(gè)數(shù)比。

探究一：（1）氧氣不易溶于水，且要使用不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 故可用排水法收集不同體積氧氣；鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵，反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式是Fe + O2 Fe3O4；

（2）這一瓶氣體中氧氣的總量為150mL×60%=90mL，氮?dú)獾捏w積是：150mL-90mL=60mL；空氣的體積是：60mL÷=75mL，那么停止通入氧氣時(shí)量筒內(nèi)水的體積約為：150mL-75mL=75mL；由于0.38mm的鐵絲在60%的氧氣中還能夠燃燒，在55%時(shí)已經(jīng)不能燃燒的事實(shí)可知：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，就0.38mm鐵絲而言，燃燒所需氧氣的最低體積分?jǐn)?shù)為大于55%，且氧氣濃度越大，燃燒現(xiàn)象越劇烈；

探究二：（1）鐵絲燃燒后的生成物溫度很高，容易炸裂瓶底，所需要在實(shí)驗(yàn)用集氣瓶底部放入少量水或細(xì)沙，以防止炸裂瓶底；

（2）由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，隨著鐵絲中含碳量的升高，鐵絲燃燒越來(lái)越劇烈，火星越來(lái)越多，含碳0.6%的鐵絲能夠在氧氣中劇烈的燃燒，火星四射；

（3）通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明鐵絲燃燒產(chǎn)生火星四射現(xiàn)象和碳元素的含量有關(guān)，碳元素的元素符號(hào)是C；

探究三：

實(shí)驗(yàn)回顧：實(shí)驗(yàn)原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，瓶?jī)?nèi)的氣體質(zhì)量減小，使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小，量筒中水倒吸到集氣瓶；

表達(dá)與交流：從實(shí)驗(yàn)原理角度分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比前者準(zhǔn)確度更髙的原因是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)?zāi)芨鼜氐椎南�耗氧氣，�?shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；

反思評(píng)價(jià)：該改進(jìn)裝置存在不足會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，原因是沒(méi)有用彈簧夾夾緊橡皮管，瓶中反應(yīng)放熱，使瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹而逸出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大；

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)2：丁同學(xué)設(shè)想用圖1裝置，換用“暖寶寶”中的物質(zhì)代替紅磷將其燃燒，進(jìn)行氧氣含量的測(cè)定，你認(rèn)為是否可行，并說(shuō)明理由不可行，暖寶寶中的活性炭會(huì)燃燒生成二氧化碳?xì)怏w，瓶?jī)?nèi)的氣壓降低不明顯，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

知識(shí)拓展：設(shè)：鐵的氧化物中Fe、O的原子個(gè)數(shù)為a、b，則由Fe、O元素的質(zhì)量比為7：3，則有：56a：16b＝7：3，a：b=2：3，該氧化物的化學(xué)式為Fe2O3。