Question

【題目】（8分）鐵礦石冶煉成鐵是一個復(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 。某興趣小組在學(xué)習(xí)煉鐵的相關(guān)內(nèi)容時，對煉鐵時還原劑的選擇進(jìn)行了如下探究。

【提出問題】單質(zhì)碳也具有還原性，為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？焦炭還原四氧化三鐵的化學(xué)方程式為 。

【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（選填“紅色變?yōu)楹谏�”或“黑色變�(yōu)榧t色”），裝置A的試管中仍有紅色固體。

【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，試寫出其中的一個原因： 。

【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：C → → → → C （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

【答案】3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2

【提出問題】2C+Fe3O4高溫3Fe+2CO2↑

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】②通CO 防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】紅色變?yōu)楹谏?/span>

【交流與反思】焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（焦炭中含有雜質(zhì)會影響鐵的純度，用焦炭做還原劑還需另外提供熱量來滿足高溫的反應(yīng)條件等，合理即可）

【完善實(shí)驗(yàn)】 D→C→E 缺少尾氣處理裝置

【解析】

試題分析：一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為：3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2

【提出問題】焦炭具有還原性，還原四氧化三鐵的化學(xué)方程式為：2C+Fe3O4高溫3Fe+2CO2↑

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】②在裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先通CO，防止一氧化碳不純時，在加熱可能發(fā)生爆炸；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：防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】因?yàn)檠b置B中發(fā)生的反應(yīng)時：3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2，故反應(yīng)現(xiàn)象為：紅色變?yōu)楹谏?/span>

【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：焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（焦炭中含有雜質(zhì)會影響鐵的純度，用焦炭做還原劑還需另外提供熱量來滿足高溫的反應(yīng)條件等，合理即可）

【完善實(shí)驗(yàn)】 要證明生成氣體中含有CO和CO2，應(yīng)先證明含有二氧化碳，通過澄清石灰水，再來證明是否含有一氧化碳，應(yīng)根據(jù)一氧化碳的還原性，來檢驗(yàn)其生成物二氧化碳，這就必須保證原一氧化碳?xì)怏w中不含二氧化碳，故正確的連接順序是：D→C→E，證實(shí)碳還原氧化鐵所得的氣體中確實(shí)含有CO和CO2，由于一氧化碳有毒，因此裝置A的不足之處是：缺少尾氣處理裝置