Question

2．鐵礦石冶煉成鐵是一個復(fù)雜的過程．煉鐵的原理是利用一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)，該化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（1）某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬煉鐵原理的實(shí)驗(yàn)，并對固體產(chǎn)物的成分進(jìn)行探究．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實(shí)驗(yàn)裝置如圖，酒精燈b的作用是點(diǎn)燃多余的一氧化碳，避免污染空氣．

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】該小組按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）．
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m（冷卻到室溫稱量）．
（2）檢測A中的產(chǎn)物是否含鐵的化學(xué)方法是取樣，在A中的產(chǎn)物中滴加稀硫酸；如果產(chǎn)生氣泡；則含有鐵（寫出操作、現(xiàn)象、結(jié)論）．
【分析與討論】本實(shí)驗(yàn)中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學(xué)認(rèn)為該黑色固體全部是鐵，但小華同學(xué)提出了質(zhì)疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】
①一氧化碳還原氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素有關(guān)．
②一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)過程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
③

物質(zhì)          性質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和得出結(jié)論】
①該小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
②該小組同學(xué)將黑色固體粉末投入硫酸銅溶液中，一段時間后無紫紅色固體析出，則該黑色固體粉末為四氧化三鐵．其實(shí)，進(jìn)行如上圖所示實(shí)驗(yàn)后，若測得反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m為65.8g，也能得出這個結(jié)論．
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間．上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
（3）當(dāng)Fe₂O₃反應(yīng)完全后，應(yīng)先熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直到裝置中的固體冷卻
（4）某同學(xué)實(shí)驗(yàn)完成后，發(fā)現(xiàn)過量的澄清石灰水增重0.44g，則該同學(xué)通人裝置的CO氣體質(zhì)量＞（填“＞”、“＜”或“=”）0.28g．理由是實(shí)驗(yàn)開始或結(jié)束都要通入一氧化碳．

Answer 1

分析 根據(jù)工業(yè)冶鐵的反應(yīng)原理：一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成鐵和二氧化碳的化學(xué)方程式；
（1）【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】根據(jù)尾氣中含有一氧化碳，一氧化碳有毒能污染空氣，分析酒精燈b的作用；
（2）考慮鐵和稀硫酸的反應(yīng)；
【進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和得出結(jié)論】
①由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體進(jìn)行猜測；
②利用假設(shè)法：該固體粉末是四氧化三鐵，進(jìn)行分析計(jì)算；
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間，從而考慮裝置的改進(jìn)；
（3）根據(jù)煉鐵的注意事項(xiàng)解答；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的過程及注意的事項(xiàng)分析通入一氧化碳的量．

解答 解：利用一氧化碳與氧化鐵來煉鐵反應(yīng)化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（1）由于尾氣中含有一氧化碳，一氧化碳有毒能污染空氣，所以，酒精燈b的作用是：點(diǎn)燃多余的一氧化碳，避免污染空氣；
（2）取樣，在A中的產(chǎn)物中滴加稀硫酸；如果產(chǎn)生氣泡；則含有鐵
①由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
②依據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質(zhì)量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反應(yīng)前后固體的質(zhì)量差即為氧化鐵失掉的氧的質(zhì)量，所以可知反應(yīng)前后失掉的氧的質(zhì)量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒有失掉，假設(shè)全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質(zhì)量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵．所以是66g-0.2g=65.8g．
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間．上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈；
（3）當(dāng)Fe₂O₃反應(yīng)完全后，應(yīng)先熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直到裝置中的固體冷卻；
（4）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)開始或結(jié)束都要通入一氧化碳，故該實(shí)驗(yàn)中一氧化碳的實(shí)驗(yàn)用量大于量論用量0.28g．
故答案為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；  
（1）【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】尾氣處理，防止空氣污染；（2）取樣，在A中的產(chǎn)物中滴加稀硫酸；如果產(chǎn)生氣泡；則含有鐵；
【進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和得出結(jié)論】①氧化亞鐵；   ②四氧化三鐵； 65.8
【反思與評價】將酒精燈a換成酒精噴燈（合理答案均可）；
（3）熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直到裝置中的固體冷卻；
（4）＞； 實(shí)驗(yàn)開始或結(jié)束都要通入一氧化碳

點(diǎn)評 本題通過一氧化碳還原氧化鐵考查常見物質(zhì)的性質(zhì)，增加了學(xué)生分析問題的思維跨度，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生整合知識的能力．