Question

早在春秋戰(zhàn)國時(shí)期，我國就開始生產(chǎn)和使用鐵器。工業(yè)煉鐵把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。

一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為： 。其中，石灰石起的作用是 。

（一）甲組同學(xué)在學(xué)習(xí)煉鐵的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，對(duì)煉鐵時(shí)還原劑的選擇進(jìn)行了如下探究。

【提出問題】

單質(zhì)碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為 。為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？

【猜想與假設(shè)】

焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應(yīng)不易完全。

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】

①稱取兩份相同質(zhì)量的氧化鐵粉末。一份與足量的碳粉均勻混合放入圖1裝置A的試管中；另一份放入圖1裝置B的玻璃管中。

②圖1裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開始進(jìn)行。在圖1裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先 （選填“通CO”或“加熱”）； 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是 。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】

當(dāng)圖1裝置B的玻璃管中固體完全由 時(shí)（選填“紅色變?yōu)楹谏�”或“黑色變�(yōu)榧t色”），圖1裝置A的試管中仍有 。

【解釋與結(jié)論】

焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應(yīng)確實(shí)不易完全，這可能是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個(gè)原因。

【完善實(shí)驗(yàn)】

聯(lián)想到單質(zhì)碳的一些化學(xué)性質(zhì)，甲同學(xué)認(rèn)為在碳還原氧化鐵的反應(yīng)中可能還會(huì)有CO產(chǎn)生。為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO2，將該氣體通過圖2的檢驗(yàn)裝置。圖2A裝置中的試劑是（寫名稱，下同） ，圖2B裝置中的試劑是氫氧化鈉溶液，用以吸收二氧化碳（2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O ）；證明原混合氣體中CO2存在的化學(xué)方程式 ；證明原混合氣體中CO存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是 ；經(jīng)過檢驗(yàn)，證實(shí)碳還原氧化鐵所得的氣體中確實(shí)含有CO和CO2。

（二）精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對(duì)其進(jìn)行下列研究：

【物質(zhì)制備】

利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：

粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe3C雜質(zhì)，可用氫氣在高溫下進(jìn)一步還原，其反應(yīng)方程式為

FexOy+yH2xFe+yH2O，F(xiàn)e3C+2H23Fe+CH4。

【含量測(cè)定】

為得到精還原鐵粉并測(cè)定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

已知3CH4+4Fe2O33CO2+6H2O+8Fe（假設(shè)每步反應(yīng)都完全，且不考慮裝置內(nèi)原有空氣對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響）。

（1）主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；

②緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍2；

③點(diǎn)燃酒精燈， （填“先點(diǎn)A處，后點(diǎn)C處”或“先點(diǎn)C處，后點(diǎn)A處”）；

④分別熄滅A處、C處酒精燈；

⑤再緩緩?fù)ㄈ肷倭縃2；

⑥再次稱量必要裝置的質(zhì)量

（2）步驟②的目的是 ，驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是 ；

（3）若缺少裝置D，則所測(cè)氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 （填“偏大”，“偏小”或“不變”）。

（4）粗還原鐵粉樣品的質(zhì)量為15.000g，裝置B、E分別增重0.270g和0.330g，則計(jì)算樣品出中碳、氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是 。（列出計(jì)算過程，2分）

Answer 1