Question

全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一．下面是对铁
的腐蚀条件及废铁的回收冶炼的探究．
问题一：探究铁生锈的条件
课本实验中，铁生锈所需要时间较长，某实验小组设计如下改进实验．

（1）4分钟后观察：A处铁丝依然光亮，B处铁丝表面灰暗，D处铁丝依然光亮．该实验说明铁生锈主要与

 

和

 

有关．
（2）B、D处实验现象对比说明：决定铁生锈快慢的一个重要因素是

 

．
问题二：废铁的回收冶炼
目前全球钢铁产量的45%是通过对废钢铁的冶炼来完成的，我国的金属废料的回收利用技术已达到国际水平．
已知在不同的温度下，CO与铁的氧化物反应能生成另一种铁的氧化物（或铁单质）和
CO₂．现利用如图1的实验装置进行实验，反应中管内的固体质量随温度的变化曲线如图2．


（1）利用图1显示的相关信息，回答如下问题．
①图1中的仪器甲是一种加热仪器．查阅资料发现，酒精灯加热时玻璃管的受热温度是400～500℃，酒精喷灯加热时玻璃管的受热温度是800～1200℃．实验室要利用图1来制取金属铁，仪器甲应选用的加热仪器是

 

（填“酒精灯”或“酒精喷灯”）；
②加热Fe₂O₃之前要先通一会儿CO，目的是

 

③方框中进行尾气处理，a连接的是如图3装置，导管接口的连接顺序为a→

 

→

 

→e，如果导管连接错误，后果是

 

④用这种方法“炼”得的铁与工业上炼出的生铁在组成上的最大区别是

 

．

（2）利用图2显示的相关信息，回答如下问题．
为确定A、B、C点固体的合理化学式，某化学兴趣小组作了如下探究：
【查阅资料】
资料一：Fe₂O₃和CO反应是逐步进行的，铁的氧化物的热稳定性顺序是FeO（黑色）＞Fe₃O₄＞Fe₂O₃；
资料二：在用酒精灯加热（400℃-600℃）条件下，CO很难和Fe₂O₃反应生成Fe；
资料三：Fe₂O₃、FeO不能被磁铁吸引，Fe₃O₄和Fe能被磁铁吸引；
【实验探究】

实验方案	实验现象
分别取少量A、B、C点固体用磁铁感应，然后加入硫酸铜溶液中	A点固体可被磁铁感应，硫酸铜溶液中无任何现象
	B点固体不可被磁铁感应，硫酸铜溶液中无任何现象
	C点固体可被磁铁感应，硫酸铜溶液中有红色固体出现

【问题讨论】
①在0～400℃温度范围内，管内固体质量不变，其原因是

 

．
②A点固体的化学式是

 

．
③写出反应生成B点固体的化学方程式：

 

④图中x=

 

g．
⑤将5.6g铁与94.6g稀盐酸恰好完全反应反应，得到的溶液中溶质的质量分数为多少？（写计算过程）（2分）

Answer 1

考点：探究金属锈蚀的条件,金属的化学性质,一氧化碳还原氧化铁,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：问题一：根据已有的知识进行分析解答，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下能分解生成水和氧气，铁在与水和氧气并存时易生锈，据此解答；
问题二：根据已有的知识进行分析，一氧化碳是可燃性气体，与氧气或空气混合达到一定程度时遇明火会发生爆炸，根据反应物和生成物及其质量守恒定律可以生锈化学方程式．实验室炼出的铁不含有碳，工业上炼出的铁含有碳．
【问题讨论】
根据该实验流程为：一氧化碳与氧化铁在解热的条件下，随着温度的升高，氧化铁中的氧逐渐失去，最后得到单质铁解答．
根据铁的质量可以计算反应的氯化氢的质量、生成氯化亚铁的质量和氢气的质量，进一步可以计算原盐酸溶液中溶质的质量分数和反应后所得溶液中溶质的质量分数．

解答：解：
问题一：
（1）过氧化氢在二氧化锰的催化作用下能分解生成水和氧气，B处的铁丝与氧气充分接触，在短时间内变暗，说明说明铁生锈主要与氧气和水有关；
（2）B、D处实验现象对比说明：决定铁生锈快慢的一个重要因素是与氧气的浓度有关；
问题二：
①观察图2中的数据，当温度达到700℃时氧化铁才开始被一氧化碳还原为铁，而酒精灯的温度范围只是400～500℃，所以应该选择酒精喷灯．
②一氧化碳是可燃性气体，与氧气或空气混合达到一定程度时遇明火会发生爆炸．所以本题答案为：排尽玻璃管中的空气，防止加热时发生爆炸；
③从a中排出的二氧化碳和一氧化碳气体应该从d进入氢氧化钠溶液中，这样既能吸收二氧化碳气体，又能收集一氧化碳气体．
故填：dbe．
如果导管连接错误，CO会排入空气中从而污染空气．
故填：CO会排入空气中从而污染空气．
④一氧化碳还原氧化铁反应生成的是铁和二氧化碳，而工业上使用碳还原氧化铁，会使生成的铁中含有碳，生成的铁能被磁铁吸引，所以本题答案为A中炼得的铁不含碳，工业上炼得铁含有碳；
【问题讨论】
①在0～400℃温度范围内，根本达不到反应所需的最低温度，所以氧化铁的质量并未改变．
故答案为：未达到反应所需的最低温度．
②A点固体可被磁铁感应，硫酸铜溶液中无任何现象，说明有四氧化三铁；
③B点固体不可被磁铁感应，硫酸铜溶液中无任何现象，说明有氧化亚铁，反应生成B点固体的化学方程式为：Fe₃O₄+CO

高温  .

3FeO+CO₂；
④从400℃开始，随着温度的升高，氧化铁中的氧开始逐渐失去，到700℃时只剩下铁，即此时氧化铁被一氧化碳还原为铁单质．
⑤解：设反应生成的氯化亚铁质量为x，生成氢气的质量为y
 Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，
 56        127  2
5.6g        x   y

56

5.6g

=

127

x

=

2

y

x=12.7g，y=0.2g，
反应后所得溶液中溶质的质量分数为：

12.7g

5.6g+94.6g-0.2g

×100%=12.7%
答案：
问题一：
（1）氧气   水
（2）氧气的浓度
问题二：
①酒精喷灯
②排尽玻璃管中的空气，防止加热时发生爆炸
③db   CO会排入空气中从而污染空气
④A中炼得的铁不含碳，工业上炼得铁含有碳
【问题讨论】
①未达到反应所需的最低温度
②Fe₃O₄
③Fe₃O₄+CO

高温  .

3FeO+CO₂
④1.68
⑤得到的溶液中溶质的质量分数为12.7%

点评：本题考查了铁锈蚀的条件，完成此题，可以依据已有的知识进行．解答本题要掌握爆炸的含义、处理尾气的方法、化学方程式的书写方法和炼铁的原理等方面的知识，只有这样才能对问题做出正确的判断．