Question

20．如圖甲是實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵的裝置圖，試回答（石灰水足量，每步反應(yīng)均完全）：

（1）如圖連接實(shí)驗(yàn)裝置、檢查裝置的氣密性、一氧化碳驗(yàn)純、裝藥品、固定實(shí)驗(yàn)裝置后，主要實(shí)驗(yàn)步驟有：①通入一氧化碳；②停止通入一氧化碳；③點(diǎn)燃酒精噴燈；④熄滅酒精噴燈．正確的操作順序是①③④②（填序號(hào)）．
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器①中發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式是3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣不能直接排放的原因是尾氣中含有有毒的一氧化碳，會(huì)造成環(huán)境污染．
（4）圖乙是工業(yè)生產(chǎn)中煉鐵高爐的結(jié)構(gòu)圖．實(shí)際生產(chǎn)中煉鐵的原料鐵礦石、焦炭、石灰石，
是從原料入口加入的，其中焦炭在高爐煉鐵時(shí)的作用之一是產(chǎn)生高溫，另一作用為產(chǎn)生一氧化碳
CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO（用化學(xué)方程式表示）；生鐵出口低于爐渣出口的原因是爐渣密度小于鐵水密度．
（5）反應(yīng)完全后，計(jì)算氧化鐵樣品的純度時(shí)，小強(qiáng)同學(xué)認(rèn)為“儀器①中減少的質(zhì)量等于儀器③中增加的質(zhì)量”．小麗同學(xué)通過(guò)稱量發(fā)現(xiàn)二者質(zhì)量并不相等．請(qǐng)你分析寫(xiě)出儀器①中減少的是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，而儀器③中增加的是二氧化碳的質(zhì)量．
（6）某同學(xué)取2.4g純凈的Fe₂O₃與CO反應(yīng)一段時(shí)間后，對(duì)玻璃管中剩余固體的成分展開(kāi)探究．
【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
冷卻后，稱量剩余固體的質(zhì)量	剩余固體質(zhì)量為1.76g

【分析與結(jié)論】
化學(xué)生產(chǎn)中往往會(huì)以某一種元素的轉(zhuǎn)化來(lái)計(jì)算“反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率”，其公式如下：
反應(yīng)轉(zhuǎn)化率=$\frac{化合物中已反應(yīng)A元素質(zhì)量}{化合物中A元素總質(zhì)量}$×100%；若以原固體中氧元素的轉(zhuǎn)化來(lái)表達(dá)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率則該反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為88.9%．（結(jié)果保留一位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵的操作步驟分析即可；
（2）根據(jù)一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)CO有毒的性質(zhì)分析即可；
（4）根據(jù)焦炭的作用并結(jié)合生鐵與爐渣的密度分析即可；
（5）根據(jù)儀器D中原有的物質(zhì)是氧化鐵，反應(yīng)后的物質(zhì)是鐵，分析減少的成分；
根據(jù)儀器B中石灰水吸收的是二氧化碳分析增加的成分；
（6）根據(jù)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始，先通一氧化碳，然后點(diǎn)燃酒精噴燈加熱，目的是排盡玻璃管內(nèi)的空氣以免發(fā)生爆炸；實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先熄滅酒精噴燈，通一氧化碳直到玻璃管完全冷卻；因?yàn)橐谎趸�碳有毒，為防止污染空氣，在通一氧化碳之前必須先點(diǎn)燃酒精燈，停止通一氧化碳之后才能熄滅酒精燈，所以正確的操作順序是：①③④②；
（2）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）尾氣中含有未反應(yīng)的一氧化碳，而一氧化碳有劇毒，如果排放到空氣中會(huì)污染空氣；
（4）煉鐵要用到焦炭，它有兩個(gè)作用，煉鐵需要高溫，一方面焦炭在燃燒的過(guò)程中能放出大量的熱，另一方面煉鐵還需要一氧化碳，焦炭又可以把剛生成的二氧化碳還原為一氧化碳，化學(xué)方程式為：CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO，由于生鐵的密度大于爐渣的密度，所以生鐵出口低于爐渣出口；
（5）儀器D中原有的物質(zhì)是氧化鐵，反應(yīng)后的物質(zhì)是鐵，故減少的成分是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量；儀器B中石灰水吸收的是二氧化碳，故增加的成分是反應(yīng)生成的二氧化碳；
（6）由題意和質(zhì)量守恒定律可知，參加反應(yīng)的氧元素的質(zhì)量為：2.4g-1.76g=0.64g，2.4gFe₂O₃中氧元素的質(zhì)量為：2.4g×$\frac{16×3}{56×2+16×3}$×100%=0.72g，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率是：$\frac{0.64g}{0.72g}$×100%=88.9%．
故答案為：（1）①③④②；
（2）3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）尾氣中含有有毒的一氧化碳，會(huì)造成環(huán)境污染；
（4）產(chǎn)生一氧化碳，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO，爐渣密度小于鐵水密度；
（5）氧化鐵中氧元素，二氧化碳；
（6）88.9%．

點(diǎn)評(píng) 本題以CO還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)來(lái)考查實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、尾氣處理、化學(xué)反應(yīng)方程式等，考查知識(shí)點(diǎn)多，較好的考查了實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)知識(shí)的結(jié)合．