Question

【题目】钢铁是重要的金属材料，在工农业生产和生活中应用非常广泛。

Ⅰ．铁的冶炼

工业炼铁的原理是高温下用CO作还原剂，将铁从氧化物中还原出来。请回答下列问题：

（1）写出以赤铁矿为原料，在高温下炼铁的化学方程式：___________________________；

（2）实验探究炼铁原理

某化学兴趣小组在实验室中模拟工业炼铁的原理，并探究CO与Fe2O3反应后的产物。

通过查阅资料知道：①草酸（H2C2O4）固体与浓硫酸混合加热会产生一氧化碳，反应方程式为：H2C2O4 CO↑+ CO2↑+ H2O。

②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反应方程式为：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

③常温下，Ca(OH)2微溶于水；于是他设计了下图的实验装置，结合装置回答下列问题：

（1）图A是用固体草酸和浓硫酸制取CO的反应装置，你认为应选择下图中的_________（填装置编号）；

（2）图中装置C、D的作用分别是 ____________、_______________；

（3）为了证明产物中有二氧化碳，装置F中的试剂应该是少量的_____________（填试剂名称），反应的化学方程式为 ______________________；

（4）该装置设计有一个明显缺陷，你认为是______________________________。

（5）实验时准确称取一定质量纯净的Fe2O3固体按上图进行实验，当E中固体全部变黑后，继续通入CO直到玻璃管冷却。将得到黑色的固体加入到足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生。

查阅资料：a. 铁的氧化物在足量的稀盐酸中均能全部溶解。

b. Fe2O3与CO反应的固体生成物可能情况如下：

根据“无气泡”猜想，黑色粉末可能是：① Fe3O4 ；②_________ ③ ____________。

（6）定量分析 用电子天平称量得部分数据如下：

	玻璃管质量	玻璃管及其中固体的质量	装置F及其中物质的总质量
反应前	28.20 g	33.00 g	300.0 g
反应后		32.84 g	300.4 g

根据上述数据，纯净的Fe2O3固体质量为_____________g，请选择有效的数据，推断出反应后黑色固体的成分（写出计算过程）__________________________。

根据推断结果，写出该实验中玻璃管内发生的化学反应方程式：__________________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3+3CO2Fe+3CO2丁证明CO2是否已经除尽吸收水分（或干燥CO）澄清的石灰水（或氢氧化钙溶液）CO2+Ca（OH）2═CaCO3↓+H2O；缺少尾气处理装置FeOFe3O4和FeO4.80Fe3O4CO+3Fe2O32Fe3O4+CO2

【解析】

（1）炼铁的原理是氧化铁与一氧化碳在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，故化学方程式写为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；

（2）固体草酸和浓硫酸制取CO是固液加热制取气体，发生装置选择固液加热的发生装置，故填丁；

（3）B装置用来除去二氧化碳，C装置用来检验二氧化碳是否除尽，证明CO2是否已经除尽故填；

（4）D中浓硫酸具有吸水性，可以干燥气体，故填吸收水分（或干燥CO）；

（5）化学上用澄清的石灰水来检验二氧化碳，故填澄清的石灰水（或氢氧化钙溶液）；

（6）石灰水中的氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀和水，故反应的化学方程式写为Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O；

（7）尾气中有残留的一氧化碳，直接排放会污染空气，装置中缺少尾气处理装置，故填缺少尾气处理装置；

（8）黑色的固体加入到足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生，说明没有铁生成，则黑色固体只能是Fe3O4和FeO，故②填FeO③填Fe3O4和FeO；

（9）纯净的Fe2O3固体质量为=33.00 g－28.20 g=4.80 g，故填4.80。

（10）解：纯净的Fe2O3固体中铁元素的质量=4.80g×100％=3.36 g

氧元素的质量=4.80g－3.36g=1.44 g

反应后损失的氧元素的质量=33.00g－32.84g=0.16g

反应后黑色固体中氧元素的质量=1.44g－0.16g=1.28g

设反应后黑色固体的化学式为FexOy

铁元素质量:氧元素质量=56x:16y=3.36g:1.28g

x:y=3:4

所以剩余黑色固体的成分的化学式为Fe3O4

故填Fe3O4；

（11）综合以上可知，氧化铁和一氧化碳在加热条件下反应生成四氧化铁和二氧化碳，故化学方程式写为CO+3Fe2O3 2Fe3O4+CO2。