Question

18．鐵在生產(chǎn)生活中應(yīng)用十分廣泛．鐵的冶煉和利用已成為目前科學(xué)研究和技術(shù)領(lǐng)域中的重要課題．
（1）金屬鋁比鐵活潑，但鋁制品卻比鐵制品耐腐蝕，原因是鋁在常溫下與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋁的表面生成了一層致密的氧化鋁薄膜從而阻止了內(nèi)部的鋁進(jìn)一步氧化；
（2）鋼鐵車殼表面噴漆不僅美觀，而且可有效防止與空氣中的水、氧氣（填兩種物質(zhì)名稱）接觸而生銹．
（3）鐵礦石冶煉成鐵是一個(gè)復(fù)雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭和氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來，得到鐵合金．在
此過程中焦炭的作用為產(chǎn)生高溫和生成還原劑CO，一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（4）小明同學(xué)提出單質(zhì)碳也具有還原性，為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？于是，他模擬工業(yè)煉鐵設(shè)計(jì)如圖對(duì)比實(shí)驗(yàn)（査閱資料獲知NaOH溶液可吸收CO₂氣體）；

①取兩份相同質(zhì)量的氧化鐵粉末．一份與足量的碳粉均勻混合放入如圖裝置A的硬質(zhì)試管中；另一份放入如圖裝置B的硬質(zhì)玻璃管中．
②裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開始進(jìn)行．在裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開始前，先通CO（選填“通CO”或“加熱”）；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，裝置B中右側(cè)酒精燈的作用是點(diǎn)燃尾氣中的一氧化碳，以防造成空氣污染，此時(shí)，發(fā)現(xiàn)裝置B的硬質(zhì)玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏�，裝置A的硬質(zhì)試管中仍有紅色固體．因而他認(rèn)為焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，不易完全反應(yīng)是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個(gè)原因．
（5）小明同學(xué)經(jīng)過査閱資料發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個(gè)焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度）．
（6）硅酸鈉（Na₂SiO₃）是我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的精細(xì)化工產(chǎn)品，NaOH和SiO₂反應(yīng)可以生成Na₂SiO₃和H₂O，現(xiàn)以125t石英砂（SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%）為原料，與足量的NaOH溶液反應(yīng)．試計(jì)算：理論上得到硅酸鈉的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鋁在空氣容易形成致密的氧化物，因此抗腐蝕性能很好進(jìn)行解答；
（2）根據(jù)金屬的銹蝕因素來分析；
（3）根據(jù)煉鐵的原理分析；
（4）一氧化碳不純加熱會(huì)發(fā)生爆炸以及一氧化碳有毒來分析；
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成后還要考慮分離出所要得到的物質(zhì)考慮；
（6）根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，利用石英砂中SiO₂的質(zhì)量計(jì)算反應(yīng)可生成硅酸鈉的質(zhì)量．

解答 解：（1）鋁比鐵活潑，但是鋁制品比鐵制品耐腐蝕，原因是：鋁在常溫下與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋁的表面生成了一層致密的氧化鋁薄膜從而阻止了內(nèi)部的鋁進(jìn)一步氧化．故答案為：鋁在常溫下與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鋁的表面生成了一層致密的氧化鋁薄膜從而阻止了內(nèi)部的鋁進(jìn)一步氧化；
（2）鋼鐵車殼表面噴漆可有效防止與空氣中的水和氧氣接觸而生銹，故填：水、氧氣．
（3）高爐煉鐵中焦炭的作用是產(chǎn)生高溫和生成還原劑CO，一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
故填：產(chǎn)生高溫和生成還原劑CO；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（4）為防止一氧化碳與空氣混合加熱時(shí)，引起爆炸，在實(shí)驗(yàn)前要先通入CO；故填：通CO；
尾氣中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，為了防止造成空氣污染，所以用酒精燈將其點(diǎn)燃處理；故填：點(diǎn)燃尾氣中的一氧化碳，以防造成空氣污染；
（5）工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，如焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離；或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度；故填：焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質(zhì)，影響鐵的純度）；
（6）解：石英砂中的SiO₂的質(zhì)量=125t×96%=120t
設(shè)生成硅酸鈉的質(zhì)量為x
2NaOH+SiO₂═Na₂SiO₃+H₂O
              60     122
            120t     x
$\frac{60}{122}=\frac{120t}{x}$
x=244t
答：理論上得到硅酸鈉的質(zhì)量為244t．

點(diǎn)評(píng) 本題以實(shí)驗(yàn)探究的形式考查化學(xué)反應(yīng)式的書寫、實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)、以及不用碳還原氧化鐵的原因，還有相關(guān)的拓展實(shí)驗(yàn)，可謂考查詳盡，即考查了知識(shí)，又培養(yǎng)了學(xué)生的細(xì)心、耐心分析解決問題的能力．