Question

6．鋼鐵工業(yè)是國(guó)家工業(yè)的基礎(chǔ)．
（1）如圖1是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學(xué)變化過(guò)程示意圖，根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題．
若圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請(qǐng)寫(xiě)出煉鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）出鐵口流出的鐵水分類(lèi)上屬于混合物．（純凈物、混合物）
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
實(shí)驗(yàn)室制備純凈的一氧化碳，用一氧化碳還原氧化鐵粉末的實(shí)驗(yàn)如下圖2、圖3，圖2中A是實(shí)驗(yàn)室用草酸（H₂C₂O₄）和濃硫酸加熱制取一氧化碳的氣體發(fā)生裝置，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;H_{2}SO_{4}\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）圖2中，A 裝置中乳膠管的作用是使上下壓強(qiáng)相等，便于濃硫酸流下．
（2）按圖3實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該先通CO．（填“通CO”或“點(diǎn)燃酒精燈”）
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
該小組按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量65.8g（冷卻到室溫稱量）
【分析與討論】
本實(shí)驗(yàn)中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學(xué)認(rèn)為該黑色固體全部是鐵，但小華同學(xué)提出了質(zhì)疑，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(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)．
②一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．

物質(zhì)， 性質(zhì)	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(shí)驗(yàn)與猜想】①該小組同學(xué)將反應(yīng)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(jìn)行猜想：黑色固體粉末可能是以下三種情況：
甲：全部為鐵；   乙：全部為四氧化三鐵；丙：鐵和四氧化三鐵的混合物．
【得出結(jié)論】通過(guò)實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：
（1）生成的黑色固體粉末的質(zhì)量為5.8g．
（2）由計(jì)算判斷乙猜想是正確的（填甲、乙、丙）．
【反思與評(píng)價(jià)】①一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間．同時(shí)結(jié)束時(shí)應(yīng)先熄滅酒精噴燈，再停止通入CO，防止鐵被繼續(xù)氧化．
②實(shí)驗(yàn)裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有AC
A．收集一氧化碳     B．吸收二氧化碳     C．檢驗(yàn)二氧化碳．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)能生成鐵和二氧化碳進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)出鐵口流出的鐵水是由鐵和碳組成的進(jìn)行分析；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
（1）根據(jù)燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)一氧化碳的性質(zhì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的步驟進(jìn)行分析；
【實(shí)驗(yàn)與猜想】】①依據(jù)表中信息找到不能被磁鐵吸引的物質(zhì)即可；
②由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對(duì)黑色固體進(jìn)行猜測(cè)；
【得出結(jié)論】（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)結(jié)合氧化鐵的化學(xué)式可求出氧化鐵中氧的質(zhì)量，再用反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差與之比較判斷即可；
【反思與評(píng)價(jià)】①根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的正確操作進(jìn)行分析；
②信息資料分析方法及二氧化碳和氫氧化鈣溶液的反應(yīng)且一氧化碳有毒需要進(jìn)行尾氣處理進(jìn)行分析．

解答 解：（1）氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)能生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）出鐵口流出的鐵水是由鐵和碳組成的，屬于混合物；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
（1）反應(yīng)發(fā)生后，燒瓶?jī)?nèi)的氣體壓強(qiáng)會(huì)使分液漏斗中的液體，難以進(jìn)入燒瓶中，所以用乳膠管將分液漏斗和燒瓶連成一個(gè)容器，便于液體順利滴下；
（2）因?yàn)橐谎趸�碳具有可燃性，容易發(fā)生爆炸，因此要先通入一氧化碳，排盡空氣，防止爆炸；
【實(shí)驗(yàn)與猜想】】①黑色固體粉末全部能被吸引，說(shuō)明黑色粉末中含有鐵，或含有四氧化三鐵，或含有鐵和四氧化三鐵，不可能含有氧化亞鐵和氧化鐵；
②通過(guò)分析可知，黑色固體粉末可能是：全部是鐵，或全部是四氧化三鐵，或鐵和四氧化三鐵；
【得出結(jié)論】（1）生成的黑色固體粉末的質(zhì)量為：65.8g-60g=5.8g；
（2）依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質(zhì)量是：6g×$\frac{3×16}{3×56+4×16}$×100%=1.8g，由于反應(yīng)前后固體的質(zhì)量差即為氧化鐵失掉的氧的質(zhì)量，所以可知反應(yīng)前后失掉的氧的質(zhì)量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒(méi)有失掉，假設(shè)全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質(zhì)量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵，猜想乙是正確的；
【反思與評(píng)價(jià)】①一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間．同時(shí)結(jié)束時(shí)應(yīng)先熄滅酒精燈，再停止通CO，防止鐵被繼續(xù)氧化；
②由于一氧化碳不能與氫氧化鈣反應(yīng)，結(jié)合裝置的特點(diǎn)可知該裝置能收集一氧化碳，同時(shí)排出氫氧化鈣溶液；二氧化碳和氫氧化鈣溶液能反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，所以可以用來(lái)檢驗(yàn)二氧化碳，故選：AC．
故答案為：（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）混合物；  
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
（1）使上下壓強(qiáng)相等，便于濃硫酸流下；  
（2）通CO；
【實(shí)驗(yàn)與猜想】氧化亞鐵；
乙：全部為四氧化三鐵；丙：鐵和四氧化三鐵的混合物；
【得出結(jié)論】（1）5.8g；
（2）乙；    
【反思與評(píng)價(jià)】①熄滅酒精噴燈，停止通入CO； 
②AC．

點(diǎn)評(píng) 本題是與煉鐵相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究題，綜合性較強(qiáng)，尤其是利用數(shù)據(jù)對(duì)混合物的判斷提高了試題的難度，只要是掌握固體質(zhì)量變化是氧元素失掉的實(shí)質(zhì)便可迎刃而解．