Question

鐵礦石冶煉成鐵是一個復(fù)雜的過程．煉鐵的原理是利用一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)，該化學(xué)方程式為

 

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（1）某鋼鐵廠每天需消耗5000t含氧化鐵76%的赤鐵礦石，該廠理論上可以日產(chǎn)含鐵98%的生鐵的質(zhì)量是多少？（請寫出計算過程，結(jié)果精確到0.1t）
（2）某化學(xué)興趣小組在實驗室中模擬煉鐵原理的實驗，并對固體產(chǎn)物的成分進行探究．
【設(shè)計實驗】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實驗裝置如圖，酒精燈b的作用是

 

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【進行實驗】該小組按上述實驗設(shè)計，在一定溫度下進行了實驗，測得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）．
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m（冷卻到室溫稱量）．
【分析與討論】本實驗中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學(xué)認(rèn)為該黑色固體全部是鐵，但小華同學(xué)提出了質(zhì)疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】
①一氧化碳還原氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素有關(guān)．
②一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
③

物質(zhì)         性質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【進一步實驗和得出結(jié)論】
①該小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和

 

．
②該小組同學(xué)將黑色固體粉末投入硫酸銅溶液中，一段時間后無紫紅色固體析出，則該黑色固體粉末為

 

．其實，進行如上圖所示實驗后，若測得反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m為

 

g，也能得出這個結(jié)論．
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間．上圖所示實驗裝置中，應(yīng)作的一處修改是

 

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Answer 1

考點：一氧化碳還原氧化鐵,常見金屬的特性及其應(yīng)用,含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)計算,書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專題：金屬與金屬材料

分析：根據(jù)工業(yè)冶鐵的反應(yīng)原理：一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成鐵和二氧化碳的化學(xué)方程式．
（1）由反應(yīng)中鐵與氧化鐵的質(zhì)量關(guān)系，利用生產(chǎn)的生鐵中鐵的質(zhì)量計算參加反應(yīng)氧化鐵的質(zhì)量，從而求得含鐵98%的生鐵的質(zhì)量．
【設(shè)計實驗】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，由實驗裝置圖，推測酒精燈b的作用；
【進一步實驗和得出結(jié)論】
①由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體進行猜測；
②利用假設(shè)法：該固體粉末是四氧化三鐵，進行分析計算；
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間，從而考慮裝置的改進．

解答：解：
利用一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成鐵與二氧化碳，結(jié)合化學(xué)方程式的書寫規(guī)則解決．
故答案為：3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂．
（1）解：設(shè)至少需要含氧化鐵80%的赤鐵礦石的質(zhì)量是x．
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂
    160         112
 5000t×76%     98%x
則

160

5000t×76%

=

112

98%x

，解得x=2714.3t
答：該廠理論上可以日產(chǎn)含鐵98%的生鐵的質(zhì)量是2714.3t．
【設(shè)計實驗】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，由實驗裝置圖，則可推測酒精燈b的作用為尾氣處理，防止空氣污染；
【進一步實驗和得出結(jié)論】
①由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
②依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質(zhì)量是：6g×

3×16

2×56+3×16

×100%=1.8g，由于反應(yīng)前后固體的質(zhì)量差即為氧化鐵失掉的氧的質(zhì)量，所以可知反應(yīng)前后失掉的氧的質(zhì)量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒有失掉，假設(shè)全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質(zhì)量是：5.8g×

4×16

3×56+4×16

×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵．所以是66g-0.2g=65.8g．
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間．上圖所示實驗裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
故答案為：3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂；  （1）2714.3t；
（2）【設(shè)計實驗】尾氣處理，防止空氣污染；
【進一步實驗和得出結(jié)論】①氧化亞鐵；   ②四氧化三鐵； 65.8
【反思與評價】將酒精燈a換成酒精噴燈（合理答案均可）；

點評：此題是與煉鐵相關(guān)的實驗探究題，綜合性較強，尤其是利用數(shù)據(jù)對混合物的判斷提高了試題的難度，