Question

11．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)．
（1）圖1是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學(xué)變化過程示意圖，根據(jù)圖示回答問題．若圖1中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出A區(qū)和B區(qū)所發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：A區(qū)Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；B區(qū)（焦炭的作用）C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂、CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（2）某興趣小組在實驗室中模擬煉鐵化學(xué)原理的實驗，對固體產(chǎn)物成分等進行探究．
[設(shè)計實驗]用一氧化碳還原純凈的氧化鐵 粉末，實驗裝置如圖2．

[進行實驗]該小組按上述實驗設(shè)計，在一定溫度下進行了實驗，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65.8g（冷卻到室溫稱量）．
[分析與討論]本實驗中，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]

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

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驗過程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
③四氧化三鐵、鐵粉都能被磁鐵吸引，而氧化亞鐵、氧化鐵均不能被磁鐵吸引．
[實驗與猜想]
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進行猜想：黑色固體粉末可能
a．全部為鐵    b．全部是四氧化三鐵    c．鐵與四氧化三鐵的混合物．
[得出結(jié)論]
通過實驗中獲得的數(shù)據(jù)進行計算，得出黑色固體粉末為（寫名稱）四氧化三鐵．
計算過程：
[反思與評價]
①一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間．
②實驗裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有A、B．
A．收集一氧化碳      B．吸收二氧化碳       C．檢驗二氧化碳．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)A區(qū)主要是生成鐵而B區(qū)主要是產(chǎn)生一氧化碳的情況書寫即可；
（2）【實驗與猜想】
①依據(jù)表中信息找到不能被磁鐵吸引的物質(zhì)即可；
②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行猜測；
【得出結(jié)論】依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)結(jié)合氧化鐵的化學(xué)式可求出氧化鐵中氧的質(zhì)量，再用反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差與之比較判斷即可；
【反思與評價】依據(jù)二氧化碳和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)且一氧化碳有毒需要進行尾氣處理來判斷．

解答 解：（1）依據(jù)A區(qū)主要是生成鐵的反應(yīng)，所以方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；而B區(qū)主要是產(chǎn)生一氧化碳共發(fā)生了兩個反應(yīng)，方程式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
（2）【實驗與猜想】
①依據(jù)表中信息可知不能被磁鐵吸引的物質(zhì)是氧化鐵和氧化亞鐵，固體全部能被吸引，說明固體中一定不含有這兩者；
②由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
【得出結(jié)論】依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質(zhì)量是：6g×$\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}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵；
【反思與評價】因為二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應(yīng)且無現(xiàn)象，一氧化碳不能與氫氧化鈉反應(yīng)；
A、由于一氧化碳不能與氫氧化鈉反應(yīng)，結(jié)合裝置的特點可知該裝置能收集一氧化碳，同時排出氫氧化鈉溶液；
B、二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應(yīng)，所以可以用來吸收二氧化碳；
C、由于二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)時沒有明顯的現(xiàn)象產(chǎn)生，所以不能用它來檢驗二氧化碳的存在；
故答案為：（1）A、Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；B、C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
（2）【實驗與猜想】①氧化鐵；氧化亞鐵；②全部是四氧化三鐵；鐵與四氧化三鐵的混合物；
【得出結(jié)論】四氧化三鐵；
【反思與評價】A、B；

點評 此題是與煉鐵相關(guān)的實驗探究題，綜合性較強，尤其是利用數(shù)據(jù)對混合物的判斷提高了試題的難度，只要是掌握固體質(zhì)量變化是氧元素失掉的實質(zhì)便可迎刃而解．