Question

鐵的冶煉是鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)．

（Ⅰ）如圖1是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學(xué)變化過程示意圖，若圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出B區(qū)和C區(qū)所發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：（1）B區(qū)

3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂

 （2）C區(qū)

C+O₂

點(diǎn)燃  .

CO₂

、

2C+CO₂

高溫  .

2CO

．
（Ⅱ）豎爐煉鐵也是一種重要的煉鐵方法，其工藝流程如圖2所示．
（3）該工藝流程中，甲烷的作用是

燃燒產(chǎn)生熱量

、

做生產(chǎn)合成氣的原料

，冶煉出的鐵水屬于

混合物

（填“純凈物”或“混合物”）．
（4）該工藝流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)是

CO₂和H₂O（高溫尾氣）

．
（Ⅲ）金屬在活動性順序里的位置越后，其化合物越不穩(wěn)定，所以它的氧化物越容易被還原．
（5）請在下列①②中各寫一個化學(xué)方程式，③中寫出還原金屬氧化物的方法．

（Ⅳ）某興趣小組同學(xué)利用圖3裝置進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，測定樣品的組成：
（6）若樣品由氧化鐵、氧化亞鐵和四氧化三鐵中的一種或幾種組成，待充分反應(yīng)后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：

樣品質(zhì)量	裝置A中玻璃管和固體的總質(zhì)量	裝置B的質(zhì)量
2.32g	反應(yīng)前55.72g	反應(yīng)前 281.00g
	反應(yīng)后55.08g	反應(yīng)后 281.56g

請回答下列問題：
①興趣小組同學(xué)經(jīng)過討論后認(rèn)為應(yīng)選用樣品質(zhì)量和裝置A中玻璃管和固體的總質(zhì)量的變化來計算，而不選用裝置B的質(zhì)量的變化來計算，理由是

裝置B不能將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂全部吸收

．
②該樣品所有可能的組成是

Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO

．

Answer 1

分析：（Ⅰ）依據(jù)B區(qū)主要是生成鐵而C區(qū)主要是產(chǎn)生一氧化碳的情況書寫即可；
（Ⅱ）（3）根據(jù)甲烷燃燒產(chǎn)生的熱量及煉鐵的原理解答，根據(jù)物質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)來判斷鐵水所屬物質(zhì)的種類；
（4）根據(jù)甲烷燃燒的產(chǎn)物和該流程最后所產(chǎn)生的氣體來完成解答即可．
（Ⅲ）（5）氧化汞在加熱的條件下能夠分解產(chǎn)生氧氣和汞，碳是具有還原性的單質(zhì)，可以和金屬氧化物反應(yīng)，例如和氧化銅反應(yīng)能生成銅和二氧化碳；利用金屬的還原性也可以和金屬氧化物反應(yīng)生成金屬單質(zhì)和另一種金屬，例如鋁和氧化鐵的反應(yīng)，可以據(jù)此完成該題的解答；
（Ⅳ）（6）①根據(jù)氣體和裝置的特點(diǎn)來進(jìn)行分析并完成解答；
②根據(jù)試管A中物質(zhì)反應(yīng)前后質(zhì)量變化來判斷反應(yīng)物中氧元素的質(zhì)量，然后結(jié)合氧化鐵、氧化亞鐵和四氧化三鐵中氧元素的質(zhì)量采用平均值的方法來進(jìn)行分析即可．

解答：解：（Ⅰ）（1）依據(jù)B區(qū)主要是生成鐵的反應(yīng)，所以方程式為：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；
（2）C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

點(diǎn)燃  .

CO₂，CO₂+C

高溫  .

2CO；
（II）（3）甲烷燃燒放出了大量的熱，能夠給煉鐵提供熱量，同時生成了二氧化碳和水，提供了生產(chǎn)合成氣的原料；而在煉鐵的過程中不可避免的會引入一些雜質(zhì)，所以冶煉出的鐵水屬于混合物；
（4）根據(jù)甲烷燃燒的產(chǎn)物為二氧化碳和水，而高溫尾氣的成分也為二氧化碳和水，它們進(jìn)入催化反應(yīng)室中可以得到合成氣體（一氧化碳和氫氣）；所以可以判斷在該過程中能夠被循環(huán)利用的物質(zhì)為二氧化碳和水；
（5）①氧化汞在加熱的條件下能夠分解產(chǎn)生氧氣和汞，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HgO

△   .

2Hg+O₂↑；C+2CuO

高溫  .

2Cu+CO₂↑；
②碳是具有還原性的單質(zhì)，可以和金屬氧化物反應(yīng)，例如和氧化銅反應(yīng)能生成銅和二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+2CuO

高溫  .

2Cu+CO₂↑；
③利用金屬的還原性也可以和金屬氧化物反應(yīng)生成金屬單質(zhì)和另一種金屬，例如題給的鋁和氧化鐵的反應(yīng)；
（6）①不選用裝置B的質(zhì)量的理由是：裝置B不能將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂全部吸收，故答案為：裝置B不能將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂全部吸收；
②根據(jù)表格數(shù)據(jù)：氧元素的質(zhì)量=55.72g-55.08g=0.64g，混合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.64g

2.32g

×100%=27.6%，而Fe₃O₄中含氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

16×4

56×3+16×4

×100%=27.6%；而Fe₂O₃中含氧元素飛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

16×3

56×2+16×3

×100%=30%；而FeO中含氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

16

56+16

×100%=22.2%；根據(jù)計算可以知道該物質(zhì)若含有一種物質(zhì)，則為Fe₃O₄；若為混合物，則根據(jù)平均值的計算方法可以知道，該混合物中含有的物質(zhì)至少有一種大于27.6%，且至少有一種物質(zhì)中含氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要小于27.6%；所以可能的混合物組合為：①Fe₂O₃、FeO； ②Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO．
故答案為：（I）（1）3CO+Fe₂O₃ 

高溫  .

2Fe+3CO₂；
（2）C+O₂ 

點(diǎn)燃  .

CO₂2C+CO₂

高溫  .

2CO；
（II）（3）燃燒產(chǎn)生熱量、做生產(chǎn)合成氣的原料；混合物；
（4）CO₂和H₂O（高溫尾氣）；
（III）（5）2HgO

△   .

2Hg+O₂↑；C+2CuO

高溫  .

2Cu+CO₂↑；
用金屬還原金屬氧化物；
（Ⅳ）（6）①裝置B不能將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂全部吸收；
②Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO．

點(diǎn)評：本考點(diǎn)考查了鐵的冶煉，是結(jié)合課本知識的信息．煉鐵的原理是用還原劑一氧化碳把鐵從它的氧化物中還原出來，因?yàn)橐谎趸�碳有毒，因此要進(jìn)行尾氣處理．本題還考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，并對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了評價，是中考考查的重點(diǎn)之一，本考點(diǎn)一般出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)題中．