早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,我國(guó)就開(kāi)始生產(chǎn)和使用鐵器.工業(yè)煉鐵把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐,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).一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為:
.其中,石灰石起作用
.
某化學(xué)興趣小組同學(xué)在學(xué)習(xí)煉鐵的相關(guān)內(nèi)容時(shí),對(duì)煉鐵時(shí)還原劑的選擇進(jìn)行了如下探究.
【提出問(wèn)題】單質(zhì)碳也具有還原性,碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為
.為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石?
【猜想與假設(shè)】焦炭和鐵礦石都是固體,接觸面積小,反應(yīng)不易完全.
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)如下:
①稱取兩份相同質(zhì)量的氧化鐵粉末.一份與足量的碳粉均勻混合放入圖1裝置A的試管中;另一份放入圖1裝置B的玻璃管中.
②圖1裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行.在圖1裝置B的反應(yīng)中,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)先
(選填“通CO”或“加熱”); 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫,其原因是
.
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】當(dāng)圖1裝置B的玻璃管中固體完全由
時(shí)(選填“紅色變?yōu)楹谏被颉昂谏優(yōu)榧t色”),圖1裝置A的試管中仍有
.
【解釋與結(jié)論】焦炭和鐵礦石都是固體,接觸面積小,反應(yīng)確實(shí)不易完全,這可能是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個(gè)原因.
【完善實(shí)驗(yàn)】聯(lián)想到單質(zhì)碳的一些化學(xué)性質(zhì),甲同學(xué)認(rèn)為在碳還原氧化鐵的反應(yīng)中可能還會(huì)有CO產(chǎn)生.為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO
2,將該氣體通過(guò)圖2的檢驗(yàn)裝置.圖2A裝置中的試劑是(寫(xiě)名稱,下同)
,圖2B裝置中的試劑是氫氧化鈉溶液,用以吸收二氧化碳(2NaOH+CO
2═Na
2CO
3+H
2O );證明原混合氣體中CO
2存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是
;證明原混合氣體中CO存在的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是
;經(jīng)過(guò)檢驗(yàn),證實(shí)碳還原氧化鐵所得的氣體中確實(shí)含有CO和CO
2,因此圖1裝置A的不足之處是
.
【拓展延伸】要煉出含鐵96%的生鐵4000t,至少需要含氧化鐵80%的赤鐵礦石的質(zhì)量是多少?(請(qǐng)寫(xiě)出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程,結(jié)果保留一位小數(shù))