Question

【題目】早在春秋戰(zhàn)國時期，我國就開始生產(chǎn)和使用鐵器。工業(yè)煉鐵把鐵礦石和焦炭、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。
（1）一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為：。其中，石灰石起的作用是。
（2）（一）甲組同學(xué)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，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？
（3）【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。
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
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圖1裝置A的試管中；另一份放入圖1裝置B的玻璃管中。

②圖1裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時開始進(jìn)行。在圖1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。
（4）【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】
當(dāng)圖1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”），圖1裝置A的試管中仍有。
（5）【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。
【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 ， 將該氣體通過圖2的檢驗(yàn)裝置。圖2A裝置中的試劑是（寫名稱，下同） ， 圖2B裝置中的試劑是氫氧化鈉溶液，用以吸收二氧化碳（2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O ）；證明原混合氣體中CO2存在的化學(xué)方程式；證明原混合氣體中CO存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是；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。
（6）（二）精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進(jìn)行下列研究：
【物質(zhì)制備】
利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：

粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe3C雜質(zhì)，可用氫氣在高溫下進(jìn)一步還原，其反應(yīng)方程式為FexOy+yH2 xFe+yH2O，F(xiàn)e3C+2H2 3Fe+CH4。
【含量測定】

為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
已知3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe（假設(shè)每步反應(yīng)都完全，且不考慮裝置內(nèi)原有空氣對測定結(jié)果的影響）。
主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；
②緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍2；
③點(diǎn)燃酒精燈，（填“先點(diǎn)A處，后點(diǎn)C處”或“先點(diǎn)C處，后點(diǎn)A處”）；
④分別熄滅A處、C處酒精燈；
⑤再緩緩?fù)ㄈ肷倭縃2；
⑥再次稱量必要裝置的質(zhì)量
（7）步驟②的目的是 ， 驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是；
（8）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將（填“偏大”，“偏小”或“不變”）。
（9）粗還原鐵粉樣品的質(zhì)量為15.000g，裝置B、E分別增重0.270g和0.330g，則計(jì)算樣品出中碳、氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是。（列出計(jì)算過程）

Answer 1

【答案】
（1）3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2,將礦石中的二氧化硅等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣而除去的
（2）3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
（3）通CO,防止液體倒吸進(jìn)入硬質(zhì)粗玻璃管,造成炸裂且防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化
（4）紅色變?yōu)楹谏?紅色物質(zhì)
（5）澄清石灰水,Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O,黑色粉末變成紅色
（6）先點(diǎn)C處,后點(diǎn)A處
（7）排盡空氣,防止爆炸,收集尾氣,進(jìn)行驗(yàn)純
（8）不變
（9）解：粗還原鐵粉樣品的質(zhì)量為15.000g,裝置B、E分別增重0.270g和0.330g,則計(jì)算樣品出中碳、氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是∶0.330g×﹙12／44×100％﹚／15.0g×100％＝0.6%；0.270g×﹙16／18×100％﹚／15.0g×100％＝1.6%。
【解析】解：根據(jù)所學(xué)知識和題中信息知，工業(yè)煉鐵把鐵礦石和焦炭、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：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；其中，石灰石起的作用是將礦石中的二氧化硅等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣而除去的。（一）甲組同學(xué)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�！咎岢鰡栴}】單質(zhì)碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑。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。【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】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圖1裝置A的試管中；另一份放入圖1裝置B的玻璃管中。②圖1裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時開始進(jìn)行。在圖1裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先通CO；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是防止液體倒吸進(jìn)入硬質(zhì)粗玻璃管，造成炸裂且防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化�！緦�(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】當(dāng)圖1裝置B的玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏珪r；圖1裝置A的試管中仍有紅色物質(zhì)�！窘忉屌c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�！就晟茖�(shí)驗(yàn)】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，將該氣體通過圖2的檢驗(yàn)裝置。圖2A裝置中的試劑是澄清石灰水；圖2B裝置中的試劑是氫氧化鈉溶液，用以吸收二氧化碳（2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O ）；證明原混合氣體中CO2存在的化學(xué)方程式是Ca（OH﹚2+CO2=CaCO3↓+H2O；證明原混合氣體中CO存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是黑色粉末變成紅色。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。（二）精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進(jìn)行下列研究：【物質(zhì)制備】利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe3C雜質(zhì)，可用氫氣在高溫下進(jìn)一步還原，其反應(yīng)方程式為FexOy+yH2xFe+yH2O，F(xiàn)e3C+2H23Fe+CH4�！竞�量測定】為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。已知3CH4+4Fe2O33CO2+6H2O+8Fe（6）主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；②緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍2；③點(diǎn)燃酒精燈，先點(diǎn)C處，后點(diǎn)A處。④分別熄滅A處、C處酒精燈；⑤再緩緩?fù)ㄈ肷倭縃2；⑥再次稱量必要裝置的質(zhì)量。（7）步驟②的目的是排盡空氣，防止爆炸；驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是收集尾氣，進(jìn)行驗(yàn)純。（8）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將不變。
所以答案是：（1）3CO+Fe2O32Fe+3CO2；將礦石中的二氧化硅等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣而除去的；（2）3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑；（3）通入CO；防止液體倒吸進(jìn)入硬質(zhì)粗玻璃管，造成炸裂且防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化；（4）紅色變?yōu)楹谏�；紅色物質(zhì)；（5）澄清石灰水；Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O；黑色粉末變成紅色；（6）先點(diǎn)C處，后點(diǎn)A處；（7）排盡空氣，防止爆炸；收集尾氣，進(jìn)行驗(yàn)純；（8）不變；（9）0.6%；1.6%。

【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解鐵的冶煉的相關(guān)知識，掌握鐵冶煉的原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣；常見的鐵礦石有磁鐵礦（主要成分是Fe3O4 ）、赤鐵礦（主要成分是Fe2O3 ），以及對碳的化學(xué)性質(zhì)的理解，了解各種單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)卻完全相同；1、常溫下的穩(wěn)定性強(qiáng)2、可燃性:完全燃燒(氧氣充足),生成CO2；不完全燃燒 (氧氣不充足),生成CO；3、還原性：應(yīng)用：冶金工業(yè)；現(xiàn)象：黑色粉末逐漸變成光亮紅色，石灰水變渾濁．