Question

鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)．
（1）工業(yè)上若采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，則煉鐵的主要反應(yīng)原理為

 

（用化學(xué)方程式表示），其所用的設(shè)備為

 

，生鐵出口低于爐渣出口的原因是

 

．
（2）某興趣小組在實驗室中模擬煉鐵化學(xué)原理的實驗，對固體產(chǎn)物成分等進行探究．
【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．
【進行實驗】
該小組按上述實驗設(shè)計進行實驗，實驗時應(yīng)先

 

（填“通入一氧化碳”或“點燃酒精燈”），目的是：

 

．
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65.8g（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)	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

【實驗與猜想】
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

 

和

 

．
②進行猜想：黑色固體粉末可能 a．全部為鐵　　　　 b．

 

　c．

 

【得出結(jié)論】通過實驗中獲得的數(shù)據(jù)進行計算，得出黑色固體粉末為

 

．
【反思與評價】
①一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高溫度和

 

．
②實驗裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有

 

和

 

等．

Answer 1

考點：鐵的冶煉,實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,金屬的物理性質(zhì)及用途,一氧化碳還原氧化鐵,書寫化學(xué)方程式、文字表達式、電離方程式

專題：金屬與金屬材料

分析：（1）根據(jù)氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)能生成鐵和二氧化碳寫出反應(yīng)的方程式；根據(jù)工業(yè)煉鐵的裝置及生鐵密度和爐渣的密度大小進行分析；
【進行實驗】根據(jù)一氧化碳的性質(zhì)結(jié)合實驗的步驟分析；
【實驗與猜想】①依據(jù)表中信息找到不能被磁鐵吸引的物質(zhì)即可；
②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；
【得出結(jié)論】依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)結(jié)合氧化鐵的化學(xué)式可求出氧化鐵中氧的質(zhì)量，再用反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差與之比較判斷即可；
【反思與評價】依據(jù)信息資料分析方法及二氧化碳和氫氧化鈣溶液的反應(yīng)且一氧化碳有毒需要進行尾氣處理來判斷．

解答：解：（1）氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)能生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂ ；該裝置是高爐，由于生鐵密度大于爐渣的密度，因此生鐵出口低于爐渣出口，便于二者分離；
故答案為：3CO+Fe₂O₃ 

高溫  .

 2Fe+3CO₂；高爐；生鐵密度大于爐渣的密度；
【進行實驗】因為一氧化碳具有可燃性，容易發(fā)生爆炸，因此要先通入一氧化碳，排盡空氣，防止爆炸；
故答案為：先通入一氧化碳；排盡空氣，防止爆炸；
【實驗與猜想】①黑色固體粉末全部能被吸引，說明黑色粉末中含有鐵，或含有四氧化三鐵，或含有鐵和四氧化三鐵，不可能含有氧化亞鐵和氧化鐵．
故填：氧化亞鐵和氧化鐵；
②黑色固體粉末可能是：全部是鐵，或全部是四氧化三鐵，或鐵和四氧化三鐵．
故填：全部是四氧化三鐵；鐵和四氧化三鐵的混合物；
【得出結(jié)論】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

3×56+4×16

×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；
故答案為：全部為四氧化三鐵；
【反思與評價】①根據(jù)資料可知一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時間，故答案為：反應(yīng)時間；
②由于一氧化碳不能與氫氧化鈣反應(yīng)，結(jié)合裝置的特點可知該裝置能收集一氧化碳，同時排出氫氧化鈣溶液；二氧化碳和氫氧化鈣溶液能反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，所以可以用來檢驗二氧化碳；
故答案為：收集（處理）CO和檢驗CO₂．

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，只要是掌握固體質(zhì)量變化是氧元素失掉的實質(zhì)便可迎刃而解．