Question

【題目】粗還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對(duì)其進(jìn)行下列研究： [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，可用氫氣在高溫下進(jìn)一步還原，其反應(yīng)方程式為：FexOY+yH2 xFe+yH2O Fe3C+2H2 3Fe+CH4
（1）寫(xiě)出焙燒中氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式 ．
（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以生成CO外，還能 ．
（3）[含量測(cè)定]為得到精還原鐵粉并測(cè)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)行試驗(yàn)，已知 3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe （假設(shè)每步反應(yīng)都完全且不考慮裝置內(nèi)原來(lái)有空氣對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響）．
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點(diǎn)燃A處酒精燈；③緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍2；④點(diǎn)燃C處酒精燈；⑤分別熄燈A、C處酒精燈；⑥再緩緩?fù)ㄈ肷倭縃2；⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量．
操作的先后順序是①③⑤⑥⑦（填序號(hào)）；
（4）步驟③的目的是 ， 驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是；步驟⑥的目的是
（5）若裝置D、E分別增重mg和ng，則m與n的關(guān)系為 A.11m=9n B.11m＜9n C.11m＞9n
若缺少裝置D，則所測(cè)氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將（填“偏大”、“偏小”或“等于”．下同）．碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 ．
（6）粗還原鐵粉樣品的質(zhì)量為10.000g，裝置B，E分別增重0.180g和0.220g．計(jì)算樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（要求計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

【答案】
（1）Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
（2）提供熱量
（3）④②
（4）除去裝置內(nèi)的氧氣，防止發(fā)生爆炸；收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽(tīng)聲音；防止生成的還原鐵粉再次被氧化，起保護(hù)作用
（5）C；等于；偏大
（6）解：裝置B增重0.180g，則粗還原鐵粉與氫氣反應(yīng)生成水的質(zhì)量為0.180g，生成水中氧元素質(zhì)量=0.180g× ×100%=0.160g；

樣品中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)= ×100%=1.6%

裝置E增重0.220g，則甲烷與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量為0.220g，生成二氧化碳中碳元素質(zhì)量=0.220g× ×100%=0.060g；

樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)= ×100%=0.6%

答：樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.6%、0.6%．

【解析】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 2Fe+3CO2；（2）焦炭燃燒放出大量的熱，產(chǎn)生的熱量使裝置內(nèi)其它反應(yīng)得以發(fā)生；（3）根據(jù)題目中的假設(shè)情況，為使裝置A反應(yīng)產(chǎn)生的甲烷氣體全部在裝置C中發(fā)生反應(yīng)，操作時(shí)應(yīng)先將C處酒精燈點(diǎn)燃，然后再點(diǎn)燃A處酒精處；（4）步驟③的目的是 除去裝置內(nèi)的氧氣，防止發(fā)生爆炸，驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽(tīng)聲音；有剩余則沒(méi)有完全被除掉；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 （5）若裝置D、E分別增重mg和ng，當(dāng)只有甲烷參與反應(yīng)時(shí)可以求出二氧化碳和水的質(zhì)量比為9：11，可求m與n的關(guān)系．

3CH4+4Fe2O3 8Fe+	3CO2+	6H2O
	3×44	6×18
	n	m

= =
由于是加熱C在前，所以導(dǎo)致會(huì)先生成水，導(dǎo)致水的質(zhì)量多，所以是9n＜11m，所以選C．
若缺少裝置D，氧元素的測(cè)定時(shí)取決于B裝置的吸收，所以是不會(huì)影響的（后面與氧化鐵的反應(yīng)物是甲烷氣體反應(yīng)造成的，所以二氧化碳中的氧元素不會(huì)影響到）．碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是通過(guò)吸收二氧化碳，也可以說(shuō)通過(guò)E裝置的質(zhì)量增加來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)D不存在時(shí)，導(dǎo)致部分水被E吸收，而被誤當(dāng)成二氧化碳進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致碳元素質(zhì)量增加，進(jìn)而使含碳量偏大．
所以答案是：（1）Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；（2）提供熱量；（3）④②；（4）除去裝置內(nèi)的氧氣，防止發(fā)生爆炸； 收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽(tīng)聲音；防止生成的還原鐵粉再次被氧化，起保護(hù)作用 （5）C；等于；偏大；（6）裝置B增重0.180g，則粗還原鐵粉與氫氣反應(yīng)生成水的質(zhì)量為0.180g，生成水中氧元素質(zhì)量=0.180g× ×100%=0.160g；
樣品中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)= ×100%=1.6%
裝置E增重0.220g，則甲烷與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量為0.220g，生成二氧化碳中碳元素質(zhì)量=0.220g× ×100%=0.060g；
樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)= ×100%=0.6%
答：樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.6%、0.6%．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解一氧化碳還原氧化鐵的相關(guān)知識(shí)，掌握原理：在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來(lái)．