Question

钢铁是使用最多的金属材料。
（1）铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与            发生化学反应的过程。铝比铁活泼，但铝具有很好的抗腐蚀性能，其原因是                                      。
（2）将磁铁矿（主要成分是Fe₃O₄）冶炼成铁的化学方程式是                          。生铁冶炼成钢的过程中，含碳量适当            （选填“升高”或“降低”）。
（3）实验室模拟炼铁原理进行实验，得到的尾气是CO和CO₂的混合气体。现欲利用右图装置将该混合气体进行分离，图中a、b、c、d均为活塞。

①检查装置的气密性。
甲、乙、丙装置内放入一定量水，使长导管口浸没在水面以下，关闭b、c，打开a、d，并在最右端导管口接注射器。当向外缓慢拉动注射器活塞时，如果整套装置气密性良好，则能观察到的现象是                                      。
②分离CO和CO₂的混合气体。
可供选择的试剂有：稀硫酸、浓硫酸、氢氧化钠溶液、澄清石灰水。
步骤Ⅰ：关闭b、c，打开a、d，缓缓通入混合气体，甲中发生反应的化学方程式为
                         ；若乙装置中的现象是            ，说明甲装置中的反应是充分的；丙中试剂为         。通过此步实验，分离出的气体是          。
步骤Ⅱ：关闭        ，打开        ，让分液漏斗中的稀硫酸缓缓流下至不再产生气泡时，关闭b。通过此步实验，即可分离出另一种气体。
（4）铁元素可以形成3种氧化物，分别是FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄。取29g由铁和氧两种元素组成的固体样品，在高温时与足量CO充分反应，生成的气体被足量澄清石灰水吸收，得到50g沉淀。由此分析，原样品可能是        （选填字母）。

A．Fe2O3

B．Fe3O4

C．FeO和Fe3O4的混合物

D．Fe2O3和FeO的混合物

Answer 1

（1）空气中的氧气、水蒸气等
铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步氧化
（2）4CO + Fe₃O₄高温3Fe + 4CO₂   降低
（3）①甲、乙、丙装置内长导管口均有气泡冒出
②步骤Ⅰ：2NaOH + CO₂      Na₂CO₃ + H₂O   石灰水未变浑浊   浓硫酸    CO
步骤Ⅱ：a、d    b、c
（4）BD

试题分析：（1）铁在空气中锈蚀，实际上是铁跟氧气和水共同作用的结果；铝在空气中易与氧气反应，在其表面生成一层致密的氧化铝薄膜，阻止了铝进一步被氧化，所以铝具有很好的抗腐蚀性能。
（2）将磁铁矿（主要成分是Fe₃O₄）冶炼成铁的过程，是一氧化碳与Fe₃O₄反应生成铁和二氧化碳的过程，故反应的化学方程式是4CO + Fe₃O₄高温3Fe + 4CO₂；由于生铁的含碳量比钢的含碳量高，故生铁冶炼成钢的过程中，含碳量会降低。
（3）①装置气密性检查的原理是：通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系，依据改变体系内压强时产生的现象（如气泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）来判断装置气密性的好坏；故向外拉活塞时广口瓶中气体体积增大，压强减小，外界大气压会迫使外边的空气通过a进入锥形瓶，再依次进入乙、丙，故可见甲、乙、丙装置内长导管口均有气泡冒出。
②由于本实验要分离CO和CO₂的混合气体，故，
步骤Ⅰ：关闭b、c，打开a、d后，甲装置可装氢氧化钠溶液先把二氧化碳反应掉，方程式为2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；根据题意，乙装置是用来检验第一步是不是已经把二氧化碳完全吸了，故乙装置中应装澄清石灰水，且无浑浊现象发生，即说明甲装置中的反应是充分的；而丙装置是用来干燥CO气体的，故要用浓硫酸，实验后收集到的气体是一氧化碳。
步骤Ⅱ：由于步骤Ⅰ中二氧化碳与氢氧化钠溶液反应会生成了碳酸钠，故当分液漏斗中的稀硫酸缓缓流下后，会与碳酸钠反应再次生成二氧化碳，为防止二氧化碳被消耗，不应该让其通入到乙装置中，所以要关闭活塞a、d，打开活塞b、c。
（4）根据题意，铁的氧化物在高温时与足量CO充分反应，生成铁和二氧化碳，其中二氧化碳被足量澄清石灰水吸收，得到50g沉淀。故可通过沉淀的质量，结合二氧化碳与澄清石灰水反应的化学方程式，计算出反应生成的二氧化碳的质量，再根据二氧化碳的质量求出氧化物中氧元素的质量，从而得出铁、氧的质量比；最后根据三种氧化物中各自的铁、氧的质量比进行分析比较即可。
解，设铁的氧化物与足量CO反应生成的二氧化碳的质量为x
Ca(OH)₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O
44  100
x   50g
44:100=x:50g
解得，x=22g
根据题意可知，铁的氧化物被CO还原生成了铁，即氧化物的氧被CO夺去，由此可知，氧化物中的氧元素的质量=22g×=8g，
则29g氧化物中的铁元素的质量=29g-8=21g，
即氧化物中的铁元素与氧元素的质量比=21:8
FeO中铁元素与氧元素的质量比=56:16=7:2=21:6，
Fe₂O₃中铁元素与氧元素的质量比=（56×2）:（16×3）=7:3=21:9，
Fe₃O₄中铁元素与氧元素的质量比=（56×3）:（16×4）=21:8，
故原样品可能是Fe₃O₄或Fe₂O₃和FeO的混合物。故选BD
点评：对于验证型实验探究，要熟记物质的性质或变化规律，根据给出的实验设计方案，进行实验、分析和探究，并通过观察、记录和分析的实验现象，来验证该物质的性质或变化规律等。在研究物质组成时，通过定性的探究实验不能确定某组成成分时，可通过定量研究加以判断；定量研究时，质量守恒思想是进行推断的根本依据。