Question

【题目】（13分）精还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究：

【物质制备】利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：

粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe3C杂质，可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式为：、。

（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式 。

（2）焙烧中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反应所需高温外，还能 。

【含量测定】甲同学为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行实验。已知：3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe ，浓硫酸有吸水性，碱石灰不仅能吸收水而且能吸收CO2。（假设每步反应都完全且不考虑装置内原有空气对测定结果的影响）。

（3）主要实验步骤如下：

①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；

②缓缓通入纯净干燥的H2；

③点燃C处酒精灯；

④点燃A 处酒精灯；

⑤分别熄灭A、C处酒精灯；

⑥ ；

⑦再次称量必要装置的质量。

（4）步骤②的目的是 ，验证该步骤目的达到的实验方法是 。

（5）反应后C装置中的现象是 。

（6）装置F的作用是 。

（7）若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将 （“偏大”、“偏小”或“不变”）。

（8）实验后，甲同学根据装置 (填A、B、C、D、E、F)的增重分别算得样品中氧和碳元素的质量分数。

（9）乙同学将10.0克粗还原铁粉样品与足量稀盐酸充分反应，经测定共产生0.3克气体。计算该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数。（要求写出计算过程）

Answer 1

【答案】(1)Fe2O3+3CO ====2Fe+3CO2

(2)产生CO

(3)装置冷却后停止通H2或继续通H2 直至装置冷却

(4)排出装置中的空气，防止加热时发生爆炸 收集尾气验纯

(5)红棕色的粉末变成黑色

(6)防止空气中的CO2、水蒸气进入E

(7)不变

(8)B、E

(9)84%

解：设该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数为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：该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数为84%。

【解析】

试题分析：氧化铁与CO反应的化学方程式(1)Fe2O3+3CO ====2Fe+3CO2，焦炭的作用除了可以作燃料提供反应所需高温外，还有就是能与生成的二氧化碳反应生成一氧化碳，即提供一氧化碳，为了防止生成的铁再次被氧化，所以装置冷却后停止通H2或继续通H2 直至装置冷却，缓缓通入纯净干燥的H2，排出装置中的空气，防止加热时发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法收集尾气验纯，反应后C装置中的现象是红棕色的粉末变成黑色，装置F的作用是防止空气中的CO2、水蒸气进入E ，D装置是用来吸收水分的，如果没有D装置，则E中增加的质量就不止是二氧化碳的质量，还有水分的质量，所以测出来的二氧化碳含量变大，导致的是碳元素含量不准确，而对B装置是用来测定氧元素含量的，所以对氧元素含量没有影响，根据B装置测定氧元素的含量，根据D装置测定碳元素的含量，乙同学将10.0克粗还原铁粉样品与足量稀盐酸充分反应，经测定共产生0.3克气体，发生的反应为铁和稀盐酸的反应，生成的气体是氢气，所以根据化学方程式进行计算：解：设该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数为x。

Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑

56 2

10.0g*x 0.3g

56 / 2 = 10.0g*x / 0.3g

x = 84%

答：该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数为84%。