Question

19．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎．
（1）如圖（1）是煉鐵高爐及爐內化學變化過程示意圖．
根據圖示回答下列問題．
若圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出A區(qū)和B區(qū)所發(fā)生主要反應的化學方程式：
A區(qū)Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
B區(qū)C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（2）某興趣小組利用圖（2）實驗裝置測定某赤鐵礦石樣品中Fe₂O₃的質量分數，取10g樣品與足量CO充分反應后，測得剩余固體的質量為7.6g，下列說法正確的是D（溫馨提示：雜質不參加反應）

A．玻璃管中的固體由黑色逐漸變成紅色
B．實驗中通入CO的質量為4.2g
C．生成CO₂的質量為2.4g
D．鐵礦石樣品中Fe₂O₃的質量分數為80%
（3）小組同學又用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，同時對固體產物的成分進行探究．
該小組按圖（3）實驗設計，在一定溫度下進行了實驗，測得下列數據：

①反應前玻璃管和內盛氧化鐵粉末的總質量66.0g（玻璃管的質量為60.0g）
②反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量65.8g（冷卻至室溫稱量）
【分析與討論】
本實驗中，玻璃管內固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質疑，她質疑的理由是如果黑色固體全部是鐵，則質量應該為：6.0g×70%=4.2g，不應該是5.8g．于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】
①一氧化碳還原氧化鐵的固體產物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關．
②一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵
③

物質 性質	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【實驗與猜想】
①該小組的同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
②進行猜想：黑色固體粉末可能是
a．四氧化三鐵      b．四氧化三鐵和鐵
【得出結論】
通過實驗中獲得的數據進行計算，得出黑色固體粉末為四氧化三鐵（寫名稱）．
【反思與評價】
①一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．
②實驗裝置圖（3）中采用虛線框內的裝置，其作用有AB．
A．收集一氧化碳     B．吸收二氧化碳     C．檢驗二氧化碳．
③工業(yè)上煉出的生鐵與實驗還原出來的鐵有什么區(qū)別？工業(yè)上煉出的生鐵中含有碳，而實驗還原出來的鐵中不含有碳．將工業(yè)上煉出的生鐵少量放于燒杯中，加入足量稀鹽酸的現(xiàn)象是固體部分溶解，產生氣泡，溶液變成淺綠色．

Answer 1

分析 （1）高溫條件下，氧化鐵和一氧化碳反應生成鐵和二氧化碳；
碳燃燒生成二氧化碳，二氧化碳在高溫條件下和碳反應生成一氧化碳；
（2）為了防止發(fā)生爆炸，加熱前應該先通入一會兒一氧化碳，反應結束后，應該繼續(xù)通入一氧化碳直至玻璃管冷卻至室溫；
（3）氫氧化鈉溶液能夠吸收二氧化碳；
氧化鐵中鐵元素質量分數=$\frac{112}{160}$×100%=70%；
根據實驗現(xiàn)象可以判斷相關方面的問題；
鐵和稀鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣．

解答 解：（1）A區(qū)中，氧化鐵和一氧化碳反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
B區(qū)中，碳燃燒生成二氧化碳，二氧化碳和碳反應生成一氧化碳，反應的化學方程式分別為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（2）A．應該是玻璃管中的固體由紅色逐漸變成黑色，該選項說法不正確；
B．取10g樣品與足量CO充分反應后，測得剩余固體的質量為7.6g，說明氧化鐵中氧元素質量為：10g-7.6g=2.4g，則氧化鐵質量為：2.4g÷30%=8g，
設反應需要一氧化碳質量為x，生成二氧化碳質量為y，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
 160  84           132
  8g   x            y
 $\frac{160}{8g}$=$\frac{84}{x}$=$\frac{132}{y}$，
x=4.1g，y=6.6g，
因為反應前后要通入一氧化碳，因此實驗中通入CO的質量應該大于4.2g，該選項說法不正確；
C．生成CO₂的質量是6.6g，該選項說法不正確；
D．鐵礦石樣品中Fe₂O₃的質量分數為：$\frac{8g}{10g}$×100%=80%，該選項說法正確．
故填：D．
（3）【分析與討論】
她質疑的理由是如果黑色固體全部是鐵，則質量應該為：6.0g×70%=4.2g，不應該是5.8g．
故填：如果黑色固體全部是鐵，則質量應該為：6.0g×70%=4.2g，不應該是5.8g．
【實驗與猜想】
①該小組的同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
故填：氧化亞鐵．
②黑色固體粉末可能是四氧化三鐵，或四氧化三鐵和鐵．
故填：四氧化三鐵；四氧化三鐵和鐵．
【得出結論】
假設產物是四氧化三鐵，生成四氧化三鐵質量為z，
3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+3CO₂，
 480            464
 6.0g            z
$\frac{480}{6.0g}$=$\frac{464}{z}$，
z=5.8g，
與假設符合，因此通過實驗中獲得的數據進行計算，得出黑色固體粉末為四氧化三鐵．
故填：四氧化三鐵．
【反思與評價】
②實驗裝置圖（3）中采用虛線框內的裝置，其作用有收集一氧化碳，吸收二氧化碳．
故填：AB．
③工業(yè)上煉出的生鐵與實驗還原出來的鐵的區(qū)別是：工業(yè)上煉出的生鐵中含有碳，而實驗還原出來的鐵中不含有碳；
將工業(yè)上煉出的生鐵少量放于燒杯中，加入足量稀鹽酸的現(xiàn)象是固體部分溶解，產生氣泡，溶液變成淺綠色．
故填：工業(yè)上煉出的生鐵中含有碳，而實驗還原出來的鐵中不含有碳；固體部分溶解，產生氣泡，溶液變成淺綠色．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．