Question

化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中具有十分重要的意義和作用，如對(duì)于金屬礦物的冶煉就是其中一個(gè)重要方面．某研究性學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室利用磁鐵礦石（主要成份為Fe₃O₄）研究金屬的冶煉．請(qǐng)你幫助計(jì)算或分析實(shí)驗(yàn)中存在的有關(guān)問題．
（1）計(jì)算：磁鐵礦石中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.0%，SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%，其余均為不含鐵的易溶于水的雜質(zhì)，若要冶煉出5g鐵，需要這種礦石多少克？
（2）同學(xué)們稱好所需質(zhì)量的礦石后，老師建議他們?cè)谝睙捛埃�先除去礦石中的雜質(zhì)，以提高礦石中有用成份的含量．請(qǐng)你幫他們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案除去礦石中存在的雜質(zhì)．
（3）實(shí)驗(yàn)室常用CO、H₂等做還原劑來(lái)煉鐵，同學(xué)們經(jīng)過(guò)討論后，決定采用H₂做還原劑來(lái)煉鐵，你認(rèn)為他們不采用CO做還原劑的原因可能是什么？
（4）做好準(zhǔn)備工作后，同學(xué)們開始用H₂還原磁鐵礦石．實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率比較慢．請(qǐng)你寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，并提出兩項(xiàng)能加快該反應(yīng)速率的措施．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,物質(zhì)的量濃度的計(jì)算

專題：計(jì)算題

分析：（1）根據(jù)化合物中某元素的質(zhì)量=該化合物的質(zhì)量×該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行分析解答；
（2）磁鐵礦石中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.0%，SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%，根據(jù)四氧化三鐵和二氧化硅以及其它雜質(zhì)的性質(zhì)差異分析解答；
（3）一氧化碳為有毒氣體，氫氣為清潔還原劑，且氧化產(chǎn)物為水；
（4）氫氣和四氧化三鐵反應(yīng)生成鐵和水，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的常見因素分析解答；

解答： 解：（1）磁鐵礦石中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.0%，冶煉出5g鐵，這種礦石中鐵元素的質(zhì)量等于5克，化合物中某元素的質(zhì)量=該化合物的質(zhì)量×該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=m（礦石）×76.0%×

3×56

3×56+4×16

×100%=5g，
解得m（礦石）=9g，
答：需要這種礦石9克；
（2）磁鐵礦石中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.0%，SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.0%，其余均為不含鐵的易溶于水的雜質(zhì)，在冶煉前，首先除去礦石中的雜質(zhì)SiO₂，因Fe₃O₄與堿不反應(yīng)，SiO₂與堿反應(yīng)SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂0，所以將礦石溶解于過(guò)量的氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后過(guò)濾，并用適量水洗滌不溶物2～3次，然后將沉淀物置于蒸發(fā)皿中烘干即得純凈的礦石，
答：將礦石溶解于過(guò)量的氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后過(guò)濾，并用適量水洗滌不溶物2～3次，然后將沉淀物置于蒸發(fā)皿中烘干即得純凈的礦石；
（3）一氧化碳是有毒氣體，在實(shí)驗(yàn)操作中，容易泄漏而污染周圍環(huán)境，而采用氫氣時(shí)產(chǎn)物為水，即使有少量泄漏，也不會(huì)污染周圍環(huán)境，用CO、H₂等做還原劑來(lái)煉鐵，用H₂做還原劑來(lái)煉鐵環(huán)保安全，
答：可能是因?yàn)橐谎趸�碳是有毒氣體，在實(shí)驗(yàn)操作中，容易泄漏而污染周圍環(huán)境，而采用氫氣時(shí)，即使有少量泄漏，也不會(huì)污染周圍環(huán)境；
（4）氫氣和四氧化三鐵反應(yīng)Fe₃O₄+4H₂

高溫  .

3Fe+4H₂O，加快該反應(yīng)速率，可通過(guò)升高溫度，增加單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)，有效碰撞增加，加快反應(yīng)速率，增大氫氣的濃度，增加活化分子數(shù)，有效碰撞增加，加快反應(yīng)速率，
答：Fe₃O₄+4H₂

高溫  .

3Fe+4H₂O；增大氫氣的濃度、升高溫度．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了有關(guān)磁鐵礦石的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，注意反應(yīng)原理的把握，注意Fe₃O₄的性質(zhì)以及影響化學(xué)反應(yīng)速率的常見因素，題目難度中等．