Question

15．冶煉金屬通常是指從礦石中提取金屬單質(zhì)的過程，除“沙土淘金”等物理方法外，金屬冶煉大都是使金屬從其化合態(tài)（化合物）轉(zhuǎn)化為游離態(tài)（單質(zhì)）的化學(xué)過程．根據(jù)金屬的化學(xué)性質(zhì)不同，工業(yè)上冶煉金屬一般有以下幾種方法．
1、電解法：該法適合冶煉金屬活動性很強的金屬．例如：從氯化鎂制金屬鎂就用此方法．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑．
2、熱分解法：該法可冶煉某些不活潑金屬．例如：2HgO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Hg+O₂↑．
3、熱還原法：該法可冶煉較活潑的金屬，C、H₂、活潑金屬、一氧化碳等是常用還原劑． 
（1）碳作還原劑．①MgO+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg+CO↑；②ZnO+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Zn+CO↑，上述兩個化學(xué)反應(yīng)的基本類型是置換反應(yīng)．
（2）氫氣作還原劑．舉一化學(xué)方程式說明H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O．
（3）比較活潑的金屬作還原劑．例如：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃，你認為此方法可能存在的弊端是得到的產(chǎn)品不純凈．
（4）CO作還原劑．倩倩同學(xué)用如圖所示裝置進行模擬工業(yè)煉鐵原理的實驗探究．
①金屬跟氧結(jié)合成金屬氧化物的過程稱為金屬的氧化，金屬氧化物失去氧轉(zhuǎn)化為金屬的過程，稱為金屬氧化物的還原．則應(yīng)稱Fe₂O₃→Fe為金屬氧化物的還原．
②大試管中所盛液體的作用是檢驗一氧化碳煉鐵后有二氧化碳生成．
③若用該裝置需要完善之處是需要添加尾氣處理裝置．
④若將8g氧化鐵粉通入足量的一氧化碳，充分反應(yīng)后，冷卻，再將玻璃管中的固體移入盛有49g稀硫酸的燒杯中，恰好完全反應(yīng)，生成鐵的質(zhì)量為5.6g；假設(shè)其中只含有碳元素一種雜質(zhì)為2.8%，則可能生鐵的質(zhì)量為5.76g．
⑤若實驗開始先通入CO，待反應(yīng)完成之后，立即停止一氧化碳氣體的通入，其可能后果是玻璃管炸裂，解釋原因玻璃管內(nèi)的壓強減小，在外界大氣壓的作用下，大試管中的石灰水進入玻璃管．
【拓展視野】當(dāng)CO還原氧化鐵實驗結(jié)束，將試管冷卻后，把得到的黑色固體倒在一張白紙上，用磁鐵吸引．發(fā)現(xiàn)粉末沒有全部被吸引；將足量稀鹽酸加入裝有少量該黑色粉末的試管中，振蕩，觀察到粉末完全溶解且有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變?yōu)樽攸S色．
【查閱資料】CO還原氧化鐵的產(chǎn)物與反應(yīng)時間、溫度有關(guān)，產(chǎn)物可能是Fe、FeO、Fe₃O₄；Fe₃O₄+8HCl=4H₂O+FeCl₂+2FeCl₃；FeO是黑色固體，不能被磁鐵吸引．
【合理猜想】黑色固體中一定含有成分的化學(xué)式為Fe、Fe₃O₄、FeO．

Answer 1

分析 1、根據(jù)反應(yīng)原理以及化學(xué)方程式的寫法來分析；
（1）根據(jù)基本反應(yīng)類型的判斷方法來分析；
（2）氫氣具有還原性，可以將金屬氧化物還原為金屬單質(zhì)；
（3）根據(jù)生成物均為固體來分析；
（4）①根據(jù)題干信息來分析；
②根據(jù)二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)來分析；
③尾氣中含有一氧化碳；
④根據(jù)化學(xué)方程式進行計算，根據(jù)生鐵中的含碳量來分析；
⑤根據(jù)實驗中的注意事項來分析；
【查閱資料】根據(jù)質(zhì)量守恒定律來分析解答；
【合理猜想】根據(jù)題干信息以及物質(zhì)的性質(zhì)來分析．

解答 解：1、氯化鎂在通電的條件下分解為鎂和氯氣；故填：MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；
（1）這兩個化學(xué)反應(yīng)都是由一種單質(zhì)與一種化合物反應(yīng)生成另一種單質(zhì)與另一種化合物，屬于置換反應(yīng)；故填：置換反應(yīng)；
（2）氫氣具有還原性，如在加熱的條件下，氫氣將氧化銅還原為金屬銅，同時生成水；故填：H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O；
（3）反應(yīng)后得到的是氧化鋁與鉻的混合物，得到的金屬單質(zhì)中混有其他物質(zhì)；故填：得到的產(chǎn)品不純凈；
（4）①金屬跟氧結(jié)合成金屬氧化物的過程稱為金屬的氧化，金屬氧化物失去氧轉(zhuǎn)化為金屬的過程，稱為金屬氧化物的還原．則Fe₂O₃→Fe是由金屬氧化物失去氧轉(zhuǎn)化為金屬的過程，稱為金屬氧化物的還原；故填：金屬氧化物的還原；
②大試管中的澄清石灰水吸收二氧化碳后會生成白色的碳酸鈣沉淀，所以石灰水的作用是檢驗一氧化碳煉鐵后有二氧化碳生成；故填：檢驗一氧化碳煉鐵后有二氧化碳生成；
③尾氣中含有一氧化碳，是一種有毒氣體，直接排放到空氣中造成了污染，故填：需要添加尾氣處理裝置；
④設(shè)生成鐵的質(zhì)量為x，則
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                     112
 8g                       x
$\frac{160}{112}=\frac{8g}{x}$
x=5.6g
假設(shè)其中只含有碳元素一種雜質(zhì)為2.8%，則可能生鐵的質(zhì)量為5.6g÷（1-2.8%）=5.76g；故填：5.6g；5.76g；
⑤待反應(yīng)完成之后，立即停止一氧化碳氣體的通入，造成玻璃管內(nèi)的壓強減小，在外界大氣壓的作用下，大試管中的石灰水進入玻璃管造成玻璃管炸裂；故填：玻璃管炸裂；玻璃管內(nèi)的壓強減小，在外界大氣壓的作用下，大試管中的石灰水進入玻璃管；
【查閱資料】由質(zhì)量守恒定律可知，化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類與數(shù)目不變，反應(yīng)前：3個鐵原子、4個氧原子、8個氫原子和8個氯原子；反應(yīng)后：2個鐵原子、4個氧原子、8個氫原子和6個氯原子，所以空格處的化學(xué)式為FeCl₂；故填：FeCl₂；
【合理猜想】鐵能被磁鐵吸引，與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣；四氧化三鐵能被磁鐵吸引，且與稀鹽酸反應(yīng)生成的氯化鐵溶液為黃色；氧化亞鐵不能被磁鐵吸引，
由題干信息“把得到的黑色固體倒在一張白紙上，用磁鐵吸引．發(fā)現(xiàn)粉末沒有全部被吸引；將足量稀鹽酸加入裝有少量該黑色粉末的試管中，振蕩，觀察到粉末完全溶解且有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變?yōu)樽攸S色”可知，此黑色粉末中含有Fe、Fe₃O₄、FeO；故填：Fe、Fe₃O₄、FeO．

點評 本題難度不是很大，掌握一氧化碳與氧化鐵的實驗原理、注意事項、實驗現(xiàn)象等是正確解答本題的關(guān)鍵．