Question

【題目】早在春秋戰(zhàn)國時期，我國就開始生產和使用鐵器。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生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。
（1）一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為：。其中，石灰石起的作用是。
（2）（一）甲組同學在學習煉鐵的相關內容時，對煉鐵時還原劑的選擇進行了如下探究。
【提出問題】
單質碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為。為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？
（3）【猜想與假設】
焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應不易完全。
【進行實驗】
①稱取兩份相同質量的氧化鐵粉末。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兩組實驗同時開始進行。在圖1裝置B的反應中，實驗開始前應先（選填“通CO”或“加熱”）； 實驗結束后應繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是。
（4）【實驗現(xiàn)象】
當圖1裝置B的玻璃管中固體完全由時（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。
（5）【解釋與結論】
焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應確實不易完全，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原因。
【完善實驗】
聯(lián)想到單質碳的一些化學性質，甲同學認為在碳還原氧化鐵的反應中可能還會有CO產生。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存在的化學方程式；證明原混合氣體中CO存在的實驗現(xiàn)象是；經(jīng)過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO2。
（6）（二）精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進行下列研究：
【物質制備】
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，可用氫氣在高溫下進一步還原，其反應方程式為FexOy+yH2 xFe+yH2O，F(xiàn)e3C+2H2 3Fe+CH4。
【含量測定】

為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質量分數(shù)，按圖裝置進行實驗。
已知3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe（假設每步反應都完全，且不考慮裝置內原有空氣對測定結果的影響）。
主要實驗步驟如下：
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量；
②緩緩通入純凈干燥的H2；
③點燃酒精燈，（填“先點A處，后點C處”或“先點C處，后點A處”）；
④分別熄滅A處、C處酒精燈；
⑤再緩緩通入少量H2；
⑥再次稱量必要裝置的質量
（7）步驟②的目的是 ， 驗證該步驟目的達到的實驗方法是；
（8）若缺少裝置D，則所測氧元素的質量分數(shù)將（填“偏大”，“偏小”或“不變”）。
（9）粗還原鐵粉樣品的質量為15.000g，裝置B、E分別增重0.270g和0.330g，則計算樣品出中碳、氧元素的質量分數(shù)分別是。（列出計算過程）

Answer 1

【答案】
（1）3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2,將礦石中的二氧化硅等雜質轉變?yōu)闋t渣而除去的
（2）3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
（3）通CO,防止液體倒吸進入硬質粗玻璃管,造成炸裂且防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化
（4）紅色變?yōu)楹谏?紅色物質
（5）澄清石灰水,Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O,黑色粉末變成紅色
（6）先點C處,后點A處
（7）排盡空氣,防止爆炸,收集尾氣,進行驗純
（8）不變
（9）解：粗還原鐵粉樣品的質量為15.000g,裝置B、E分別增重0.270g和0.330g,則計算樣品出中碳、氧元素的質量分數(shù)分別是∶0.330g×﹙12／44×100％﹚／15.0g×100％＝0.6%；0.270g×﹙16／18×100％﹚／15.0g×100％＝1.6%。
【解析】解：根據(jù)所學知識和題中信息知，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方程式為：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；其中，石灰石起的作用是將礦石中的二氧化硅等雜質轉變?yōu)闋t渣而除去的。（一）甲組同學在學習煉鐵的相關內容時，對煉鐵時還原劑的選擇進行了如下探究�！咎岢鰡栴}】單質碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑。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】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應不易完全�！具M行實驗】①稱取兩份相同質量的氧化鐵粉末。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兩組實驗同時開始進行。在圖1裝置B的反應中，實驗開始前應先通CO；實驗結束后應繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是防止液體倒吸進入硬質粗玻璃管，造成炸裂且防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化�！緦嶒灛F(xiàn)象】當圖1裝置B的玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏珪r；圖1裝置A的試管中仍有紅色物質�！窘忉屌c結論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應確實不易完全，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原因�！就晟茖嶒灐考淄瑢W認為在碳還原氧化鐵的反應中可能還會有CO產生。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的檢驗裝置。圖2A裝置中的試劑是澄清石灰水；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存在的化學方程式是Ca（OH﹚2+CO2=CaCO3↓+H2O；證明原混合氣體中CO存在的實驗現(xiàn)象是黑色粉末變成紅色。經(jīng)過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO2。（二）精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進行下列研究：【物質制備】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，可用氫氣在高溫下進一步還原，其反應方程式為FexOy+yH2xFe+yH2O，F(xiàn)e3C+2H23Fe+CH4。【含量測定】為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質量分數(shù)，按圖裝置進行實驗。已知3CH4+4Fe2O33CO2+6H2O+8Fe（6）主要實驗步驟如下：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量；②緩緩通入純凈干燥的H2；③點燃酒精燈，先點C處，后點A處。④分別熄滅A處、C處酒精燈；⑤再緩緩通入少量H2；⑥再次稱量必要裝置的質量。（7）步驟②的目的是排盡空氣，防止爆炸；驗證該步驟目的達到的實驗方法是收集尾氣，進行驗純。（8）若缺少裝置D，則所測氧元素的質量分數(shù)將不變。
所以答案是：（1）3CO+Fe2O32Fe+3CO2；將礦石中的二氧化硅等雜質轉變?yōu)闋t渣而除去的；（2）3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑；（3）通入CO；防止液體倒吸進入硬質粗玻璃管，造成炸裂且防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化；（4）紅色變?yōu)楹谏�；紅色物質；（5）澄清石灰水；Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O；黑色粉末變成紅色；（6）先點C處，后點A處；（7）排盡空氣，防止爆炸；收集尾氣，進行驗純；（8）不變；（9）0.6%；1.6%。

【考點精析】解答此題的關鍵在于理解鐵的冶煉的相關知識，掌握鐵冶煉的原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣；常見的鐵礦石有磁鐵礦（主要成分是Fe3O4 ）、赤鐵礦（主要成分是Fe2O3 ），以及對碳的化學性質的理解，了解各種單質碳的化學性質卻完全相同；1、常溫下的穩(wěn)定性強2、可燃性:完全燃燒(氧氣充足),生成CO2；不完全燃燒 (氧氣不充足),生成CO；3、還原性：應用：冶金工業(yè)；現(xiàn)象：黑色粉末逐漸變成光亮紅色，石灰水變渾濁．