Question

14．精還原鐵粉在化學(xué)工業(yè)上有著重要的用途，某興趣小組的同學(xué)們對其進(jìn)行下列探究：
【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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$x Fe+yH₂O，F(xiàn)e₃C+2 H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3 Fe+CH₄．
（1）請你寫出焙燒中氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【含量測定】為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按如下裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．已知3 CH₄ +4 Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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）．

（2）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C處酒精燈；④點(diǎn)燃A處酒精燈⑤分別熄滅A處、C處酒精燈；⑥繼續(xù)通H₂直至裝置冷卻；⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量．
寫出步驟⑥的操作并寫出這一步驟的目的防止生成的還原鐵粉再次被氧化．
（3）實(shí)驗(yàn)裝置中，若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將不變（填“偏大”“偏小”或“不變”），若粗還原鐵粉的質(zhì)量為M，裝置B增重的質(zhì)量為m₁，裝置D增重的質(zhì)量為A₂，裝置E增重的質(zhì)量為m₃，求粗還原鐵粉中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（假設(shè)每一步都完全吸收）$\frac{3{m}_{3}}{11M}$×100%．

Answer 1

分析 （1）氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳；
（2）步驟⑥的目的是 防止生成的還原鐵粉再次被氧化，起保護(hù)作用；
（3）若缺少裝置D，不影響測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；實(shí)驗(yàn)后，甲同學(xué)根據(jù)裝置E的增重算得樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）氧化鐵在高溫條件下能與CO發(fā)生反應(yīng)生成鐵與二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；
②緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍₂；
③點(diǎn)燃C處酒精燈；
④點(diǎn)燃A 處酒精燈；
⑤分別熄滅A、C處酒精燈；
⑥繼續(xù)通H₂直至裝置冷卻；
⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量．步驟⑥的目的是防止生成的還原鐵粉再次被氧化，起保護(hù)作用．
故填：繼續(xù)通H₂直至裝置冷卻；防止生成的還原鐵粉再次被氧化．
（3）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將不變，這是因?yàn)樾枰�的水的質(zhì)量數(shù)據(jù)是從B裝置得到的．
裝置E增重m₃，則甲烷與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量為m₃，生成二氧化碳中碳元素質(zhì)量=m₃×$\frac{12}{44}$=$\frac{3}{11}$m₃；樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{3}{11}{m}_{3}}{M}$×100%=$\frac{3{m}_{3}}{11M}$×100%．
故填：不變；$\frac{3{m}_{3}}{11M}$×100%．

點(diǎn)評 通過對鐵冶煉原理的知識遷移，理解該題的實(shí)驗(yàn)過程及目的，考查了知識的運(yùn)用及實(shí)驗(yàn)分析的能力．