Question

【題目】鋼鐵是重要的金屬材料，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中應(yīng)用非常廣泛。

Ⅰ．鐵的冶煉

工業(yè)煉鐵的原理是高溫下用CO作還原劑，將鐵從氧化物中還原出來。請回答下列問題：

（1）寫出以赤鐵礦為原料，在高溫下煉鐵的化學(xué)方程式：___________________________；

（2）實(shí)驗(yàn)探究煉鐵原理

某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬工業(yè)煉鐵的原理，并探究CO與Fe2O3反應(yīng)后的產(chǎn)物。

通過查閱資料知道：①草酸（H2C2O4）固體與濃硫酸混合加熱會產(chǎn)生一氧化碳，反應(yīng)方程式為：H2C2O4 CO↑+ CO2↑+ H2O。

②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反應(yīng)方程式為：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

③常溫下，Ca(OH)2微溶于水；于是他設(shè)計(jì)了下圖的實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合裝置回答下列問題：

（1）圖A是用固體草酸和濃硫酸制取CO的反應(yīng)裝置，你認(rèn)為應(yīng)選擇下圖中的_________（填裝置編號）；

（2）圖中裝置C、D的作用分別是 ____________、_______________；

（3）為了證明產(chǎn)物中有二氧化碳，裝置F中的試劑應(yīng)該是少量的_____________（填試劑名稱），反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ______________________；

（4）該裝置設(shè)計(jì)有一個(gè)明顯缺陷，你認(rèn)為是______________________________。

（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量純凈的Fe2O3固體按上圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)E中固體全部變黑后，繼續(xù)通入CO直到玻璃管冷卻。將得到黑色的固體加入到足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生。

查閱資料：a. 鐵的氧化物在足量的稀鹽酸中均能全部溶解。

b. Fe2O3與CO反應(yīng)的固體生成物可能情況如下：

根據(jù)“無氣泡”猜想，黑色粉末可能是：① Fe3O4 ；②_________ ③ ____________。

（6）定量分析 用電子天平稱量得部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

	玻璃管質(zhì)量	玻璃管及其中固體的質(zhì)量	裝置F及其中物質(zhì)的總質(zhì)量
反應(yīng)前	28.20 g	33.00 g	300.0 g
反應(yīng)后		32.84 g	300.4 g

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，純凈的Fe2O3固體質(zhì)量為_____________g，請選擇有效的數(shù)據(jù)，推斷出反應(yīng)后黑色固體的成分（寫出計(jì)算過程）__________________________。

根據(jù)推斷結(jié)果，寫出該實(shí)驗(yàn)中玻璃管內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：__________________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3+3CO2Fe+3CO2丁證明CO2是否已經(jīng)除盡吸收水分（或干燥CO）澄清的石灰水（或氫氧化鈣溶液）CO2+Ca（OH）2═CaCO3↓+H2O；缺少尾氣處理裝置FeOFe3O4和FeO4.80Fe3O4CO+3Fe2O32Fe3O4+CO2

【解析】

（1）煉鐵的原理是氧化鐵與一氧化碳在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，故化學(xué)方程式寫為Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；

（2）固體草酸和濃硫酸制取CO是固液加熱制取氣體，發(fā)生裝置選擇固液加熱的發(fā)生裝置，故填丁；

（3）B裝置用來除去二氧化碳，C裝置用來檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，證明CO2是否已經(jīng)除盡故填；

（4）D中濃硫酸具有吸水性，可以干燥氣體，故填吸收水分（或干燥CO）；

（5）化學(xué)上用澄清的石灰水來檢驗(yàn)二氧化碳，故填澄清的石灰水（或氫氧化鈣溶液）；

（6）石灰水中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和水，故反應(yīng)的化學(xué)方程式寫為Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O；

（7）尾氣中有殘留的一氧化碳，直接排放會污染空氣，裝置中缺少尾氣處理裝置，故填缺少尾氣處理裝置；

（8）黑色的固體加入到足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生，說明沒有鐵生成，則黑色固體只能是Fe3O4和FeO，故②填FeO③填Fe3O4和FeO；

（9）純凈的Fe2O3固體質(zhì)量為=33.00 g－28.20 g=4.80 g，故填4.80。

（10）解：純凈的Fe2O3固體中鐵元素的質(zhì)量=4.80g×100％=3.36 g

氧元素的質(zhì)量=4.80g－3.36g=1.44 g

反應(yīng)后損失的氧元素的質(zhì)量=33.00g－32.84g=0.16g

反應(yīng)后黑色固體中氧元素的質(zhì)量=1.44g－0.16g=1.28g

設(shè)反應(yīng)后黑色固體的化學(xué)式為FexOy

鐵元素質(zhì)量:氧元素質(zhì)量=56x:16y=3.36g:1.28g

x:y=3:4

所以剩余黑色固體的成分的化學(xué)式為Fe3O4

故填Fe3O4；

（11）綜合以上可知，氧化鐵和一氧化碳在加熱條件下反應(yīng)生成四氧化鐵和二氧化碳，故化學(xué)方程式寫為CO+3Fe2O3 2Fe3O4+CO2。