Question

【题目】精还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究：

（物质制备）利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：

粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe3C杂质,可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式：

FexOy+yH2 xFe+yH2O，Fe3C+2H23Fe+CH4

（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式____________．

（2）焙烧中加入焦炭的作用：______、_________。

（含量测定）为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行实验。已知 3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe （假设每步反应都完全且不考虑装置内原来有空气对测定结果的影响）．

（3）主要实验步骤如下：

①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；②点燃A处酒精灯；③缓缓通入纯净干燥的H2；④点燃C处酒精灯；⑤分别熄灯A、C处酒精灯；⑥再缓缓通入少量H2；⑦再次称量必要装置的质量．

操作的先后顺序是①→ _____ →______ →______→_______ → _______ →⑦(填字母)；

步骤②和③能否交换？_____（填“能”或“不能”）原因是______

（4）步骤⑤和⑥能否交换？_______（填“能”或“不能”）原因是_______

（5）装置F的作用是____________，若缺少装置F，则所测氧元素质量分数将______ （选填“偏大”、“偏小”或“不变”下同），碳元素的质量分数将 _______

（6）粗还原铁粉样品的质量为5.0g，装置B，E分别增重0.54g和0.44g．则样品中氧元素质量分数为____和碳元素的质量分数为________（要求计算过程）．

Answer 1

【答案】3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 提供热量 产生一氧化碳 ③ ④ ② ⑤ ⑥ 不能 除去装置内的氧气，防止发生爆炸 不能 防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用 吸收空气中的二氧化碳、水蒸气 偏大 偏大 9.6% 2.4%

【解析】

（1）氧化铁与CO反应的化学方程式3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2；

（2）氧化铁和碳的反应需要在高温条件进行，①焙烧中加入焦炭的作用：焦炭燃烧放出大量的热，产生的热量提供高温条件，使装置内其它反应得以发生，②碳和二氧化碳反应产生还原剂一氧化碳；

主要实验步骤如下：①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；②点燃A处酒精灯；③缓缓通入纯净干燥的H2；④点燃C处酒精灯；⑤分别熄灯A、C处酒精灯；⑥再缓缓通入少量H2；⑦再次称量必要装置的质量；

操作中，开始时：应先按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量，后缓缓通入纯净干燥的H2，排净装置内的空气，防止加热时发生爆炸；结束时，为防止生成的还原铁粉再次被氧化，需要再缓缓通入少量H2；操作顺序是①→③→④→②→⑤→⑥→⑦,步骤②和③不能交换，因为如果②和③交换，易引发爆炸；

（4）步骤⑤和⑥不能交换，否则易导致生成的金属遇到空气又被氧化；

（5）F装置中碱石灰是防止空气中二氧化碳、水蒸气进入E装置中，影响实验的测定，如果缺少装置F，空气中的二氧化碳和水进入E中，导致则所测氧元素的质量分数将偏大，碳元素的质量分数将偏大；

（6）粗还原铁粉样品的质量为5.0g，装置B，E分别增重0.54g和0.44g，生成水中氧元素质量，样品中氧元素的质量分数；装置E增重0.44g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.44g，生成二氧化碳中碳元素质量，样品中碳元素的质量分数。