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%
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90%
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70%
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65%
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60%
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55%
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实验现象
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燃烧剧烈,燃烧时间长,效果好
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燃烧比90%弱,燃烧时间短,实验成功
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燃烧比70%弱,燃烧时间比70%短,实验成功
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燃烧比65%弱,燃烧时间更短,实验成功
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难以燃烧,只是发红
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【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 。