Question

17．鋼鐵是重要的金屬材料，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中應(yīng)用非常廣泛．
I．鐵的應(yīng)用
（1）下列鐵制品的利用與金屬導(dǎo)熱性有關(guān)的是B（填字母）．
A．鐵鉗      B．鐵鍋      C．刀具
（2）“納米α-Fe粉”可以用于食品保鮮，稱之為“雙吸劑”，因?yàn)樗�能吸收空氣中的氧氣和水（或O₂和H₂O）．
Ⅱ．鐵的冶煉
工業(yè)煉鐵的原理是高溫下用CO作還原劑，將鐵從氧化物中還原出來．請(qǐng)回答下列問題：
（1）寫出以赤鐵礦（主要成分氧化鐵）為原料，在高溫下煉鐵的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
（2）高爐煉鐵中，焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外，還能提供熱源，維持爐溫；
Ⅲ．實(shí)驗(yàn)探究煉鐵原理
某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬工業(yè)煉鐵的原理，并探究CO與Fe₂O₃反應(yīng)后的產(chǎn)物．
通過查閱資料知道：
①草酸（H₂C₂O₄）固體與濃硫酸混合加熱會(huì)產(chǎn)生一氧化碳，化學(xué)反應(yīng)方程式為
H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O
②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反應(yīng)方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O
③常溫下，Ca（OH）₂微溶于水；濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性
于是他設(shè)計(jì)了圖1的實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合裝置回答下列問題：
（1）圖A是用固體草酸和濃硫酸制取CO的反應(yīng)裝置，你認(rèn)為應(yīng)選擇圖2中的�。ㄌ钛b置編號(hào)）；
（2）圖中裝置C的作用是證明CO₂是否已經(jīng)除盡；
（3）為了證明產(chǎn)物中有二氧化碳，裝置F中的試劑應(yīng)該是少量的澄清的石灰水（或氫氧化鈣溶液）（填試劑名稱），反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）該裝置設(shè)計(jì)有一個(gè)明顯缺陷，你認(rèn)為是缺少尾氣處理裝置．
（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量純凈的Fe₂O₃固體按上圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)E中固體全部變黑后，繼續(xù)通入CO直到玻璃管冷卻．將得到黑色的固體加入到足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生．
查閱資料：a．鐵的氧化物在足量的稀鹽酸中均能全部溶解．
b．Fe₂O₃與CO反應(yīng)的固體生成物可能情況如下：
Fe₂O₃$\stackrel{400℃-500℃}{→}$Fe₃O₄$\stackrel{500℃-600℃}{→}$FeO（黑色）$\stackrel{700℃-800℃}{→}$Fe
根據(jù)“無氣泡”猜想，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
（6）定量分析  用電子天平稱量得部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

	玻璃管質(zhì)量	玻璃管及其中固體的質(zhì)量	裝置F及其中物質(zhì)的總質(zhì)量
反應(yīng)前	28.20g	33.00g	300.0g
反應(yīng)后		32.84g	300.4g

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，純凈的Fe₂O₃固體質(zhì)量為4.80g，請(qǐng)選擇有效的數(shù)據(jù)，推斷出反應(yīng)后黑色固體的成分．（寫出計(jì)算過程）根據(jù)推斷結(jié)果，寫出該實(shí)驗(yàn)中玻璃管內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

Answer 1

分析 I．鐵的應(yīng)用
（1）物質(zhì)的性質(zhì)決定了物質(zhì)的用途，所以可以根據(jù)鐵的用途，分析利用了鐵的什么性質(zhì)．
（2）根據(jù)鐵銹蝕的條件分析．
II鐵的冶煉
（1）冶煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、空氣等物質(zhì)，通過反應(yīng)生成的一氧化碳可以把鐵礦石中的鐵還原出來．
（2）根據(jù)高爐煉鐵的原料及各原料的作用分析即可；
Ⅲ實(shí)驗(yàn)探究煉鐵原理
（1）根據(jù)反應(yīng)條件和反應(yīng)物狀態(tài)選擇發(fā)生裝置；
（2）用氫氧化鈣溶液驗(yàn)證二氧化碳?xì)怏w，濃硫酸具有吸水性，常用來干燥氣體；
（3）用氫氧化鈣溶液驗(yàn)證二氧化碳?xì)怏w；
（4）一氧化碳有毒，可據(jù)其可燃性進(jìn)行處理后變成無害物質(zhì)再排放．
（5）根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象分析．
（6）純凈的Fe₂O₃固體質(zhì)量=玻璃管及其中固體的質(zhì)量-玻璃管質(zhì)量，根據(jù)玻璃管及其中固體的質(zhì)量的變化推算反應(yīng)后黑色固體的成分．
（7）根據(jù)反應(yīng)物、生成物和條件書寫方程式．

解答 解：I．鐵的應(yīng)用
（1）分析所給三種金屬制品可以知道，鐵鍋是利用了金屬的導(dǎo)熱性．
（2）鐵吸收水與氧氣后會(huì)變成鐵銹，所以“雙吸劑”它能夠吸收空氣中的水分和氧氣．
II鐵的冶煉
（1）赤鐵礦的主要成分是氧化鐵，氧化鐵和一氧化碳反應(yīng)能生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ．
（2）煉鐵時(shí)要用到焦炭，它有兩個(gè)作用．煉鐵時(shí)需要高溫，焦炭與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，同時(shí)放出大量熱，可供給煉鐵使用；煉鐵時(shí)還需一氧化碳作還原劑，二氧化碳與過量焦炭反應(yīng)可以生成一氧化碳；
Ⅲ實(shí)驗(yàn)探究煉鐵原理
（1）草酸（H₂C₂O₄）與濃硫酸混合加熱會(huì)產(chǎn)生一氧化碳，反應(yīng)物均為液體，且需要加熱，所以選擇發(fā)生裝置��；
（2）裝置C證明CO₂是否已經(jīng)除盡；濃硫酸具有吸水性，常用來干燥氣體；
（3）澄清的石灰水可以用來驗(yàn)證二氧化碳?xì)怏w；方程式為：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）一氧化碳有毒，不能直接排放．缺少尾氣處理裝置；
（5）加入足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生，說明沒有鐵生成，這樣就是Fe₃O₄和FeO的組合了，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
（6）純凈的Fe₂O₃固體質(zhì)量為：33.00g-28.20g=4.80g，其中鐵元素的質(zhì)量為4.80g×$\frac{112}{160}×100%$=3.36g，氧元素的質(zhì)量為4.80g-3.36g=1.44g；反應(yīng)后損失的氧元素的質(zhì)量為33.00g-32.84g=0.16g，所以設(shè)反應(yīng)后黑色固體Fe_xO_y，則鐵元素：氧元素=56x：16y=3.36g：（1.44g-0.16g）；解得x：y=3：4
故反應(yīng)后黑色固體是Fe₃O₄
（7）Fe₂O₃與CO反應(yīng)生成Fe₃O₄和CO，方程式為：CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
故答案為：
I．鐵的應(yīng)用
（1）B；（2）氧氣和水（或O₂和H₂O）
II．鐵的冶煉
（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；（2）提供熱源，維持爐溫
Ⅲ實(shí)驗(yàn)探究煉鐵原理
（1）��；（2）證明CO₂是否已經(jīng)除盡；
（3）澄清的石灰水（或氫氧化鈣溶液）；CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）缺少尾氣處理裝置
（5）FeO；Fe₃O₄和FeO
（6）4.80；Fe₃O₄； CO+3Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

點(diǎn)評(píng) 此題是對(duì)煉鐵知識(shí)的考查，解決的關(guān)鍵是知道煉鐵的原理、原料及過程，題目綜合性較強(qiáng)．