Question

【題目】精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進行下列研究：

（物質制備）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,可用氫氣在高溫下進一步還原，其反應方程式：

FexOy+yH2 xFe+yH2O，Fe3C+2H23Fe+CH4

（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應的化學方程式____________．

（2）焙燒中加入焦炭的作用：______、_________。

（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量分數，按如下裝置進行實驗。已知 3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe （假設每步反應都完全且不考慮裝置內原來有空氣對測定結果的影響）．

（3）主要實驗步驟如下：

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量；②點燃A處酒精燈；③緩緩通入純凈干燥的H2；④點燃C處酒精燈；⑤分別熄燈A、C處酒精燈；⑥再緩緩通入少量H2；⑦再次稱量必要裝置的質量．

操作的先后順序是①→ _____ →______ →______→_______ → _______ →⑦(填字母)；

步驟②和③能否交換？_____（填“能”或“不能”）原因是______

（4）步驟⑤和⑥能否交換？_______（填“能”或“不能”）原因是_______

（5）裝置F的作用是____________，若缺少裝置F，則所測氧元素質量分數將______ （選填“偏大”、“偏小”或“不變”下同），碳元素的質量分數將 _______

（6）粗還原鐵粉樣品的質量為5.0g，裝置B，E分別增重0.54g和0.44g．則樣品中氧元素質量分數為____和碳元素的質量分數為________（要求計算過程）．

Answer 1

【答案】3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 提供熱量 產生一氧化碳 ③ ④ ② ⑤ ⑥ 不能 除去裝置內的氧氣，防止發(fā)生爆炸 不能 防止生成的還原鐵粉再次被氧化，起保護作用 吸收空氣中的二氧化碳、水蒸氣 偏大 偏大 9.6% 2.4%

【解析】

（1）氧化鐵與CO反應的化學方程式3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；

（2）氧化鐵和碳的反應需要在高溫條件進行，①焙燒中加入焦炭的作用：焦炭燃燒放出大量的熱，產生的熱量提供高溫條件，使裝置內其它反應得以發(fā)生，②碳和二氧化碳反應產生還原劑一氧化碳；

主要實驗步驟如下：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量；②點燃A處酒精燈；③緩緩通入純凈干燥的H2；④點燃C處酒精燈；⑤分別熄燈A、C處酒精燈；⑥再緩緩通入少量H2；⑦再次稱量必要裝置的質量；

操作中，開始時：應先按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質量，后緩緩通入純凈干燥的H2，排凈裝置內的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；結束時，為防止生成的還原鐵粉再次被氧化，需要再緩緩通入少量H2；操作順序是①→③→④→②→⑤→⑥→⑦,步驟②和③不能交換，因為如果②和③交換，易引發(fā)爆炸；

（4）步驟⑤和⑥不能交換，否則易導致生成的金屬遇到空氣又被氧化；

（5）F裝置中堿石灰是防止空氣中二氧化碳、水蒸氣進入E裝置中，影響實驗的測定，如果缺少裝置F，空氣中的二氧化碳和水進入E中，導致則所測氧元素的質量分數將偏大，碳元素的質量分數將偏大；

（6）粗還原鐵粉樣品的質量為5.0g，裝置B，E分別增重0.54g和0.44g，生成水中氧元素質量，樣品中氧元素的質量分數；裝置E增重0.44g，則甲烷與氧化鐵反應生成二氧化碳的質量為0.44g，生成二氧化碳中碳元素質量，樣品中碳元素的質量分數。