我们的日常生活离不开金属,某校化学兴趣小组的同学对金属的部分性质进行了研究。
【任务一】利用如图1装置探究铁与氧化铁化合的生成物成分。
【查阅资料】铁的氧化物有$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$,其中只有$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引,某些铁的氧化物加热时能与氧气反应,二氧化碳与铁粉、铁的氧化物均不反应。
【提出猜想】(1)猜想①:$\ce{FeO}$;猜想②:$\ce{Fe_{3}O_{4}}$;猜想③:。
【实验步骤】(2)①连接组装仪器,检查装置的气密性;
②称取16.0 g氧化铁粉末、质量为$m$的铁粉,混合均匀后,放入玻璃管;
③通入$\ce{CO_{2}}$,当观察到现象出现时,夹上弹簧夹M,开始加热玻璃管;
④当固体全部呈黑色后,停止加热,将玻璃管中黑色粉末倒在滤纸上,取样滴加稀盐酸,无气泡产生,用磁铁吸引,粉末被部分吸引。
【实验结论】猜想③成立。
【问题讨论】(3)实验中澄清石灰水的主要作用是。
(4)根据工业炼铁的原理,用氧化铁和一氧化碳模拟炼铁,反应方程式是。
【任务二】仍然用该装置(图1),称取4.8 g氧化铁粉末放在玻璃管中,通入一氧化碳还原这些氧化铁粉末。反应过程中可以看到澄清石灰水变浑浊,固体逐渐变成黑色,反应结束后,将玻璃管中黑色粉末倒在滤纸上,称得质量为3.84 g,取样滴加稀盐酸,有气泡,用磁铁吸引,粉末被部分吸引。查询资料,发现管内剩余固体质量变化与反应温度关系如图2,理论上充分反应的情况下,氧化铁与一氧化碳开始反应后,逐步失去氧元素转化为不同的铁的氧化物。
(5)推测玻璃管中倒出黑色粉末的组成是(填字母)。
A. 四氧化三铁和氧化铁的混合物
B. 四氧化三铁和氧化亚铁的混合物
C. 四氧化三铁和铁粉的混合物
D. 氧化亚铁和铁粉的混合物
(6)可推断此次反应结束前所达温度区间是。
(7)此黑色粉末中铁元素与氧元素的质量比为。

(1)FeO与$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的混合物
(2)澄清石灰水变浑浊
(3)检测是否排尽装置中的空气,防止铁的氧化物与$\ce{O_{2}}$反应
(4)$\ce{Fe_{2}O_{3}{+}3CO\xlongequal{高温}2Fe{+}3CO_{2}}$
(5)D
(6)700~800 ℃
(7)7:1
解析:(1)根据猜想①和猜想②可知,猜想③是FeO和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的混合物。(2)当澄清石灰水变浑浊时,说明二氧化碳通入已经足量,且将装置内的空气已经排尽,此时可以夹上弹簧夹M,开始加热玻璃管。(3)由【查阅资料】“某些铁的氧化物加热时能与氧气反应,二氧化碳与铁粉、铁的氧化物均不反应”可知,澄清石灰水的作用是检测是否排尽装置中的空气,防止铁的氧化物与$\ce{O_{2}}$反应。(4)氧化铁和一氧化碳在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳,化学反应方程式为$\ce{Fe_{2}O_{3}{+}3CO\xlongequal{高温}2Fe{+}3CO_{2}}$。(5)用一氧化碳还原氧化铁,得到黑色粉末,取样滴加稀盐酸,有气泡产生,说明含有铁粉;用磁铁吸引,部分粉末被吸引,铁粉能被磁铁吸引,氧化物中除了四氧化三铁能被磁铁吸引,其他氧化物不能,说明氧化铁没有被完全还原成铁,故应该还含有氧化亚铁(这里不可能生成四氧化三铁,因为发生的是还原反应),则可推出黑色粉末的组成是氧化亚铁和铁粉的混合物,D正确。(6)由图可知,管内物质的质量不断减少直至不变,所以反应结束前所达到的温度区间是700~800 ℃。(7)由题干可知氧化铁的质量为4.8 g,该反应过程铁元素的质量没有发生改变,则铁元素的质量=$4.8\ \mathrm{g}× \dfrac{56× 2}{56× 2+16× 3}=3.36\ \mathrm{g}$,黑色粉末的质量为3.84 g,则氧元素的质量=3.84 g-3.36 g=0.48 g,则铁元素与氧元素的质量比=3.36 g : 0.48 g=7 : 1。