Question

（11分）鐵礦石冶煉成鐵是一個(gè)復(fù)雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為                                     。某化學(xué)興趣小組同學(xué)在學(xué)習(xí)煉鐵的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，對(duì)煉鐵時(shí)還原劑的選擇進(jìn)行了如下探究。
【提出問題】
單質(zhì)碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為                    。
為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？
【猜想與假設(shè)】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應(yīng)不易完全。
【查閱資料】氫氧化鈉溶液和澄清石灰水化學(xué)性質(zhì)類似，能與二氧化碳反應(yīng)，但反應(yīng)無明顯現(xiàn)象。
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)如下：
①稱取兩份相同質(zhì)量的氧化鐵粉末。一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的試管中；另一份放入下圖裝置B的玻璃管中。
②裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開始進(jìn)行。在裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先        （選填“通CO”或“加熱”）； 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是                       。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】當(dāng)裝置B的玻璃管中固體完全由                時(shí)（選填“紅色變?yōu)楹谏�”或“黑色變�(yōu)榧t色”），裝置A的試管中仍有                        。
【解釋與結(jié)論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應(yīng)確實(shí)不易完全，這可能是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個(gè)原因。
【交流與反思】經(jīng)過查閱資料和討論，該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個(gè)：            。
【完善實(shí)驗(yàn)】聯(lián)想到單質(zhì)碳的一些化學(xué)性質(zhì)，甲同學(xué)認(rèn)為在碳還原氧化鐵的反應(yīng)中可能還會(huì)有CO產(chǎn)生。為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，將該氣體通過下圖的檢驗(yàn)裝置，正確的連接順序是                  （選填字母，裝置可重復(fù)使用）。經(jīng)過檢驗(yàn)，證實(shí)碳還原氧化鐵所得的氣體中確實(shí)含有CO和CO₂，因此裝置A的不足之處是                                      。

Answer 1

①3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂ （2分）
【提出問題】②3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑（2分）
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】③通CO （1分）  ④防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化（2分）
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】⑤紅色變?yōu)楹谏?（1分）    ⑥仍有紅色物質(zhì)（1分）
【交流與反思】⑦焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳的同時(shí)放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源）（合理即可）（2分）
【完善實(shí)驗(yàn)】⑧C→D→C→E→C  （2分）⑨缺少尾氣處理裝置（2分）

解析試題分析：一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：①3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂；
[提出問題]碳與氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑；
[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]由于CO為可燃性氣體，為防止CO與空氣混合加熱時(shí)，引起爆炸，在實(shí)驗(yàn)前要先通入CO；為防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣中氧氣氧化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，才停止通入CO；
[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]因氧化鐵是紅色，鐵粉是黑色，裝置B中的氧化鐵被完全還原后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為固體藥品由紅色變成黑色；此時(shí)由于裝置A中的氧化鐵還沒有被完全還原，仍有紅色物質(zhì)；
[交流與反思]工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，如焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離；或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳的同時(shí)放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源等；
[完善實(shí)驗(yàn)]為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，澄清石灰水可以檢驗(yàn)二氧化碳、氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以還原氧化銅并生成二氧化碳?xì)怏w，所以先用裝置C檢驗(yàn)二氧化碳是否存在，為防止二氧化碳影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，再用裝置D中的氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，再次連接裝置C檢查二氧化碳是否被完全吸收；然后將氣體通過裝置E，并再次連接裝置C，如果氧化銅由黑色變成紅色，裝置C中的澄清石灰水變渾濁，說明有一氧化碳?xì)怏w，故其裝置連接順序?yàn)镃→D→C→E→C ；因尾氣中有一氧化碳存在，CO是有毒氣體，要進(jìn)行尾氣處理，而圖中缺少此裝置。
考點(diǎn)：鐵的冶煉；常見氣體的檢驗(yàn)與除雜；化學(xué)方程式的書寫。
點(diǎn)評(píng)：氣體CO不易檢驗(yàn)，通常將其轉(zhuǎn)化為CO₂后，再進(jìn)行檢驗(yàn)，但一定要注意：要先將混合氣體中的CO₂除去再檢驗(yàn)。