Question

铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为                                      。某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时，对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。

【提出问题】

单质碳也具有还原性，碳还原氧化铁的化学方程式为                     。

为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石？

【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应不易完全。

【查阅资料】氢氧化钠溶液和澄清石灰水化学性质类似，能与二氧化碳反应，但反应无明显现象。

【进行实验】实验步骤及注意事项如下：

①称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入下图装置A的试管中；另一份放入下图装置B的玻璃管中。

②装置A和B两组实验同时开始进行。在装置B的反应中，实验开始前应先         

（选填“通CO”或“加热”）； 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温，其原因是                                             。

【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由                 时（选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”），装置A的试管中仍有                         。

【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应确实不易完全，这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。

【交流与反思】经过查阅资料和讨论，该小组同学发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因，试写出其中的一个：             。

【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质，甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，将该气体通过下图的检验装置，正确的连接顺序是                    （选填字母，装置可重复使用）。经过检验，证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO₂，因此装置A的不足之处是                                       。

Answer 1

①3CO+Fe₂O₃^高温2Fe+3CO₂  （2分）

【提出问题】②3C+2Fe₂O₃^高温4Fe+3CO₂↑（2分）

【进行实验】③通CO  （1分）  ④   防止高温下铁又被进入的空气氧化（2分）

【实验现象】⑤红色变为黑色 （1分）    ⑥ 仍有红色物质（1分）

【交流与反思】⑦焦炭是固体，不容易和生成的铁分离（或焦炭中含有杂质，影响铁的纯度；或焦炭与氧气反应生成一氧化碳的同时放出大量的热，可提供一氧化碳还原铁矿石所需的高温，节约能源）（合理即可）（2分）

【完善实验】⑧C→D→C→E→C   （2分） ⑨ 缺少尾气处理装置（2分）