Question

【題目】今年揚(yáng)州迎來高鐵交通發(fā)展的高潮。高鐵給我們帶來的不僅是交通方便，出行快捷，甚至是帶來旅游業(yè)的繁榮。制造鐵軌需要大量的合金鋼，梅嶺中學(xué)化學(xué)興趣小組為此展開探究:

（一）工業(yè)上煉鐵煉鋼和軋制鋼材的主要流程如下圖:

已知:生鐵的含碳量為2％～4.3％，鋼的含碳量為0.03%~2%。

（1）煉鐵的固體原料中加入焦炭的作用是______________、___________（用方程式表示）；

（2）煉鐵的固體原料需經(jīng)過粉碎，其目的是____________________ 。

（3）熱空氣和高爐氣體的主要成分有一種相同，這種氣體是________（填化學(xué)式）；

（4）煉鋼爐中，通入純氧而不用空氣的目的是____________________。將鋼錠軋成鋼板，體現(xiàn)了金屬的________性。

（二）該興趣小組發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理的鋼鐵容易生銹。同學(xué)們接著探究了鐵生銹的相關(guān)問題。

（知識(shí)回顧）鐵生銹的條件為鐵與_______、_______同時(shí)接觸，為了防止鐵制品生銹，應(yīng)采取的措施是__________（寫出一種）。

（查閱資料）鐵銹成分復(fù)雜，化學(xué)式可簡單表示為Fe2O3xH2O，在加熱時(shí)會(huì)分步反應(yīng)， 首先失去結(jié)晶水，其反應(yīng)可表示為Fe2O3nH2O=Fe2O3＋nH2O濃硫酸可以吸水，堿石灰可以吸收水和二氧化碳。

（提出問題）鐵銹（Fe2O3nH2O）中n的值等于多少呢？

（問題探究）小明發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中有一保管不善的鐵粉，大部分已經(jīng)結(jié)塊成紅褐色，為了探究鐵銹（Fe2O3nH2O）的組成，稱取27.0g這種鐵粉樣品，按如圖2所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先_______________；

（2）為了保證實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先__________，目的是_______________；

（3）A中的現(xiàn)象是 ________________；

（4）請指出該裝置中有一處明顯不足 _____________；

（數(shù)據(jù)處理）如圖是加熱時(shí)間和A中固體質(zhì)量關(guān)系圖象，下表是B、C中質(zhì)量不再變化時(shí)B中濃硫酸、C中堿石灰裝置質(zhì)量變化情況。

	反應(yīng)前（g）	反應(yīng)后（g）
B	100	105.4
C	150	163.2

（5）鐵銹（Fe2O3nH2O）中n的值是_____；

（6）寫出T3-T4時(shí)間段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 _______________________；

（7）計(jì)算原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是________。（計(jì)算結(jié)果保留到0.1％）

Answer 1

【答案】C+O2CO2 CO2+C2CO 增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)物充分反應(yīng) CO2 使氧氣與盡可能與多的雜質(zhì)反應(yīng) 延展 水 氧氣或空氣 保持鐵制品表面干燥（合理均可） 檢查裝置氣密性 通一段時(shí)間一氧化碳，再加熱 將硬質(zhì)試管中的空氣趕盡，防止混有空氣加熱，發(fā)生爆炸 紅棕色固體變?yōu)楹谏?/span> 沒有對尾氣進(jìn)行處理 3 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 20.7%

【解析】

(1)煉鐵的固體原料中加入焦炭的作用是將焦炭與熱空氣中的氧氣充分反應(yīng)生成二氧化碳，二氧化碳在高溫下再被焦炭還原成一氧化碳，用一氧化碳還原鐵礦石，故填寫：C+O2CO2；CO2+C2CO；

(2)原料需經(jīng)過粉碎，其目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)物充分反應(yīng)，故填寫：增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)物充分反應(yīng)；

(3)高爐氣體中主要成分為，產(chǎn)物二氧化碳，熱空氣中也有二氧化碳，故填寫：CO2；

(4)煉鋼爐中，通入純氧而不用空氣的目的是使氧氣盡可能與多的與雜質(zhì)反應(yīng)，故填寫：使氧氣與盡可能與多的雜質(zhì)反應(yīng)；

(5)鐵生銹的條件為鐵與水、空氣或氧氣接觸，故填寫：水；空氣或氧氣；

為了防止鐵制品生銹，應(yīng)采取的措施是：保持鐵制品表面干燥，刷漆，烤瓷等，故填寫：保持鐵制品表面干燥（合理均可）；

(6)有氣體生成或氣體參與的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前必須檢查裝置的氣密性，故填寫：檢查裝置的氣密性；

(7)由圖可知，該實(shí)驗(yàn)中通有一氧化碳，且加熱，為保證實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先通一段時(shí)間一氧化碳，再加熱，故填寫：通一段時(shí)間一氧化碳，再加熱；

該操作的目的是：將硬質(zhì)試管中的空氣趕盡，防止混有空氣加熱，發(fā)生爆炸，故填寫：將硬質(zhì)試管中的空氣趕盡，防止混有空氣加熱，發(fā)生爆炸；

(8)由圖可知，A中是一氧化碳還原生銹的鐵粉（主要成分為Fe2O3），因此現(xiàn)象為：紅棕色固體變?yōu)楹谏�，故填寫：紅棕色固體變?yōu)楹谏��?/span>

(9)該實(shí)驗(yàn)有一氧化碳參與，因此，尾氣中可能含有一氧化碳，必須進(jìn)行尾氣處理，故填寫：沒有對尾氣進(jìn)行處理；

(10) 設(shè)氧化鐵質(zhì)量為x，反應(yīng)生成水的質(zhì)量：105.4g-100g=5.4g，反應(yīng)生成二氧化碳質(zhì)量：163.2g-150g=13.2g，

根據(jù)題意有：160：18n=16g：5.4g，n=3，故填：3；

(11)T3-T4時(shí)間段，高溫條件下氧化鐵和一氧化碳反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故填寫：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

(12)設(shè)生成鐵的質(zhì)量為x

原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為：16.8g-11.2g=5.6g

原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:×100%≈20.7%

答：原樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是20.7%。