Question

【题目】硫酸(H2SO4)是一种用途广泛的化工原料，工业上常用煅烧黄铁矿(主要成分是FeS2)的方法来生产硫酸，简要的工艺流程图如下：

(1)黄铁矿投入沸腾炉前粉碎的目的是________。

(2)在沸腾炉中发生的反应为：（______）FeS2+（______）O2 （______）Fe2O3+（______）SO2(请在化学式前面配上适当的化学计量数)，得到的炉渣(Fe2O3)可用来炼铁。

(3)请写出流程中SO2转化为SO3的化学方程式_________。

（炉渣的综合利用）

为了实现炉渣(Fe2O3)的综合利用，工业上把炉渣和焦炭、石灰石一起投入高炉，主要反应过程如图：

(4)步骤②发生反应的化学方程式为______。

(5)下列有关高炉炼铁的说法正确的是_______(填序号)。

A．上述流程中涉及的三个反应均为吸热反应

B．上述步骤①反应中，还原剂是焦炭

C．焦炭的作用之一是为炼铁炉提供高温条件

D．焦炭的另一个作用是除去铁矿石中的杂质

(6)分析高炉所得的生铁中单质铁的含量：

小瑾同学为测定生铁中铁的质量分数，先后进行了四次实验，实验数据记录如下表。根据她的实验数据，试计算生铁中铁的质量分数是_________？

	第一次	第二次	第三次	第四次
所取生铁的质量∕g	10	10	10	10
所加稀硫酸的质量∕g	25	50	75	100
生成氢气的质量∕g	0.10	0.20	0.30	0.35

（反思质疑）

小宇同学在梳理工业炼铁的相关知识时，提出了以下质疑：

（质疑一）焦炭也具有还原性而且成本低，工业炼铁为什么不直接用焦炭作为还原剂冶炼铁矿石？

(7)他设计了下图所示的一组对比实验：称取两份相同质量的氧化铁粉末，一份与足量的焦炭粉末混合均匀放入装置A的试管中，另一份放入装置B的玻璃管中。

①装置B的玻璃管中发生反应的化学方程式为________。

②当他观察到装置B的玻璃管中固体_________、澄清石灰水变浑浊时，装置A的试管中尚无明显现象。

③通过上述实验对比，小宇同学认为工业上不直接用焦炭作为还原剂炼铁的主要原因有：反应不充分、反应速度慢、_______等。

（质疑二）装置B中反应后的黑色固体一定就是单质铁吗？

（查阅资料）

a．铁常见的氧化物有氧化铁(Fe2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)和氧化亚铁(FeO)。

b．四氧化三铁是具有磁性的黑色晶体，氧化亚铁是不溶于水的黑色粉末，无磁性，也不能被磁铁吸引。

④小宇同学设计了如下实验方案：用磁铁吸引装置B进行实验后的黑色固体，发现黑色固体可以部分被吸引，由此得出结论：黑色固体的成分是___________。

Answer 1

【答案】增大反应物的接触面积，使反应更快更充分 4 11 2 8 2SO2+O22SO3 CO2+C2CO BC 98% Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 固体从红色变成黑色 炼出的生铁杂质含量高 Fe3O4、FeO或FeO、Fe或Fe3O4、FeO、Fe

【解析】

(1)反应物之间的接触面积越大，反应越充分，反应速度越快。

(2)化学反应前后各种原子个数相等。

(3)根据题给信息，反应的化学方程式为：2SO2+O22SO3

(4)焦炭主要成分是碳，充分燃烧生成二氧化碳。二氧化碳与碳在高温条件下反应生成一氧化碳。

(5)A．焦炭与过量空气在高温条件下反应生成二氧化碳的反应为放热反应，此选项错误；B．上述步骤①反应中，还原剂是焦炭，此选项正确；C．焦炭与过量空气在高温条件下反应生成二氧化碳的反应为放热反应，可为炼铁炉提供高温条件，此选项正确；D．焦炭的作用一是为炼铁炉提供高温条件，另一个作用是作还原剂，此选项错误。故选BC。

(6)结合第一次、第二次、第三次实验可知，25g稀硫酸与该生铁反应产生0.1g氢气，第三次加入100g稀硫酸只产生了0.35g氢气，说明生铁中的铁不足，即稀硫酸有剩余，设该生铁中铁的质量是x。

=，解得x=9.8g

该生铁中铁的质量分数为：×100%=98%

(7)①氧化铁与一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳。②装置B中的固体由氧化铁变为铁，实验现象是固体由红色变为黑色。③不直接用焦炭作为还原剂炼铁的主要原因有：反应不充分、反应速度慢、炼出的生铁杂质含量高。④用磁铁吸引装置B进行实验后的黑色固体，发现黑色固体可以部分被吸引，说明黑色固体中含有能被磁铁吸引的物质和不能被磁铁吸引的物质，Fe和Fe3O4能被磁铁吸，FeO不能被磁铁吸引，故填：Fe3O4、FeO或FeO、Fe或Fe3O4、FeO、Fe。