Question

（11分）鐵礦石冶煉成鐵是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，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(lái)。一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為                                     。某化學(xué)興趣小組同學(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(wèn)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。

【查閱資料】氫氧化鈉溶液和澄清石灰水化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似，能與二氧化碳反應(yīng)，但反應(yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象。

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)如下：

①稱(chēng)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下圖裝置A的試管中；另一份放入下圖裝置B的玻璃管中。

②裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行。在裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開(kāi)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)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”），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。

【交流與反思】經(jīng)過(guò)查閱資料和討論，該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫(xiě)出其中的一個(gè)：            。

【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(guò)下圖的檢驗(yàn)裝置，正確的連接順序是                  （選填字母，裝置可重復(fù)使用）。經(jīng)過(guò)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，因此裝置A的不足之處是                                      。

 

Answer 1

【答案】

①3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂ （2分）

【提出問(wèn)題】②3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑（2分）

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】③通CO （1分）④防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化（2分）

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】⑤紅色變?yōu)楹谏?（1分）   ⑥仍有紅色物質(zhì)（1分）

【交流與反思】⑦焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳的同時(shí)放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源）（合理即可）（2分）

【完善實(shí)驗(yàn)】⑧C→D→C→E→C  （2分）⑨缺少尾氣處理裝置（2分）

【解析】

試題分析：一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂ ；

【提出問(wèn)題】碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑；

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】②在裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)先通CO，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：防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】當(dāng)裝置B的玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏�，裝置A的試管中仍有紅色物質(zhì)。

【交流與反思】工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，如焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳的同時(shí)放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源）（合理即可）

【完善實(shí)驗(yàn)】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(guò)圖中的檢驗(yàn)裝置，正確的連接順序是C→D→C→E→C；經(jīng)過(guò)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，因此裝置A的不足之處是缺少尾氣處理裝置，因?yàn)橐谎趸�碳有毒，不能直接排入空氣中�?/p>

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究；煉鐵的原理；一氧化碳的性質(zhì)；化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)。

點(diǎn)評(píng)：書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式要遵循客觀事實(shí)和質(zhì)量守恒定律兩個(gè)原則，注意化學(xué)式要正確，不要忘記反應(yīng)條件、氣體或者沉淀符號(hào)。

一氧化碳有還原性，可以還原氧化鐵中的鐵，一氧化碳有毒，不能直接排入空氣，防止污染空氣。