Question

【題目】（13分）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：、。

（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應的化學方程式 。

（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反應所需高溫外，還能 。

【含量測定】甲同學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)，按如下裝置進行實驗。已知：3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe ，濃硫酸有吸水性，堿石灰不僅能吸收水而且能吸收CO2。（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）。

（3）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C處酒精燈；

④點燃A 處酒精燈；

⑤分別熄滅A、C處酒精燈；

⑥ ；

⑦再次稱量必要裝置的質量。

（4）步驟②的目的是 ，驗證該步驟目的達到的實驗方法是 。

（5）反應后C裝置中的現(xiàn)象是 。

（6）裝置F的作用是 。

（7）若缺少裝置D，則所測氧元素的質量分數(shù)將 （“偏大”、“偏小”或“不變”）。

（8）實驗后，甲同學根據(jù)裝置 (填A、B、C、D、E、F)的增重分別算得樣品中氧和碳元素的質量分數(shù)。

（9）乙同學將10.0克粗還原鐵粉樣品與足量稀鹽酸充分反應，經測定共產生0.3克氣體。計算該粗還原鐵粉樣品中鐵單質的質量分數(shù)。（要求寫出計算過程）

Answer 1

【答案】(1)Fe2O3+3CO ====2Fe+3CO2

(2)產生CO

(3)裝置冷卻后停止通H2或繼續(xù)通H2 直至裝置冷卻

(4)排出裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸 收集尾氣驗純

(5)紅棕色的粉末變成黑色

(6)防止空氣中的CO2、水蒸氣進入E

(7)不變

(8)B、E

(9)84%

解：設該粗還原鐵粉樣品中鐵單質的質量分數(shù)為x。

Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑ ………………1分

56 2

10.0g*x 0.3g ………………1分

56 / 2 = 10.0g*x / 0.3g ………………1分

x = 84% ………………1分

答：該粗還原鐵粉樣品中鐵單質的質量分數(shù)為84%。

【解析】

試題分析：氧化鐵與CO反應的化學方程式(1)Fe2O3+3CO ====2Fe+3CO2，焦炭的作用除了可以作燃料提供反應所需高溫外，還有就是能與生成的二氧化碳反應生成一氧化碳，即提供一氧化碳，為了防止生成的鐵再次被氧化，所以裝置冷卻后停止通H2或繼續(xù)通H2 直至裝置冷卻，緩緩通入純凈干燥的H2，排出裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗方法收集尾氣驗純，反應后C裝置中的現(xiàn)象是紅棕色的粉末變成黑色，裝置F的作用是防止空氣中的CO2、水蒸氣進入E ，D裝置是用來吸收水分的，如果沒有D裝置，則E中增加的質量就不止是二氧化碳的質量，還有水分的質量，所以測出來的二氧化碳含量變大，導致的是碳元素含量不準確，而對B裝置是用來測定氧元素含量的，所以對氧元素含量沒有影響，根據(jù)B裝置測定氧元素的含量，根據(jù)D裝置測定碳元素的含量，乙同學將10.0克粗還原鐵粉樣品與足量稀鹽酸充分反應，經測定共產生0.3克氣體，發(fā)生的反應為鐵和稀鹽酸的反應，生成的氣體是氫氣，所以根據(jù)化學方程式進行計算：解：設該粗還原鐵粉樣品中鐵單質的質量分數(shù)為x。

Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑

56 2

10.0g*x 0.3g

56 / 2 = 10.0g*x / 0.3g

x = 84%

答：該粗還原鐵粉樣品中鐵單質的質量分數(shù)為84%。