Question

铁的冶炼是钢铁工业的基础。
(Ⅰ)右图是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图，若右图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，请写出B区和C区所发生主要反应的化学方程式：

(1) B区                (2) C区               、               。
(Ⅱ)竖炉炼铁也是一种重要的炼铁方法，其工艺流程如下图所示。

（3）该工艺流程中，甲烷的作用是                、               ，冶炼出的铁水属于           （填“纯净物”或“混合物”）。
（4）该工艺流程中，可循环利用的物质是               。
(Ⅲ)金属在活动性顺序里的位置越后，其化合物越不稳定，所以它的氧化物越容易被还原。
（5）请在下列①②中各写一个化学方程式，③中写出还原金属氧化物的方法。

(Ⅳ)某兴趣小组同学利用下图装置进行相关实验,测定样品的组成：

（6）若样品由氧化铁、氧化亚铁和四氧化三铁中的一种或几种组成，待充分反应后，实验数据记录如下：

样品质量	装置A中玻璃管和固体的总质量	装置B的质量
2.32 g	反应前55.72 g	反应前 281.00 g
	反应后55.08 g	反应后 281.56 g

请回答下列问题：
①兴趣小组同学经过讨论后认为应选用样品质量和装置A中玻璃管和固体的总质量的变化来计算，而不选用装置B的质量的变化来计算，理由是               。
②该样品所有可能的组成是               。

Answer 1

(I) (1) 3CO+Fe₂O₃^高温 2Fe+3CO₂
(2) C + O₂^点燃 CO₂     2C + CO₂ ^高温2CO
(II)（3）燃烧产生热量、做生产合成气的原料   混合物
（4）CO₂和H₂O（高温尾气）
(III)(5) 2HgO2Hg+O₂↑  C + 2CuO ^高温 2Cu+ CO₂↑
用金属还原金属氧化物
(Ⅳ)(6) 装置B不能将反应产生的CO₂全部吸收
Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO

试题分析：(I)根据炼铁高炉的示意图可知，
(1)B区主要是生成铁的反应，所以反应的化学方程式为3CO+Fe₂O₃^高温 2Fe+3CO₂；
(2) C区主要是产生一氧化碳的反应，共发生了两个反应，所以反应的化学方程式为C + O₂^点燃 CO₂ ，2C + CO₂ ^高温2CO。
(II)（3）根据竖炉炼铁的流程图可知，甲烷和氧气混合气体进入燃烧室，可燃烧为炼铁提供热量；另外，还有一部分甲烷进入催化反应室，和二氧化碳、水等反应，可制得合成气（CO和H₂）。由于在炼铁的过程中不可避免的会引入一些杂质，所以冶炼出的铁水属于混合物。
（4）根据高温尾气的成分为二氧化碳和水，它们进入催化反应室中可以得到合成气体（一氧化碳和氢气），而合成气体进入还原反应室，与氧化铁反应，又生成了二氧化碳和水，所以可以判断在该过程中能够被循环利用的物质为二氧化碳和水。
(III)(5) ①在初中化学中学过的能受热分解的金属氧化物只有氧化汞，氧化汞受热分解生成汞和氧气，故反应的化学方程式为2HgO2Hg+O₂↑；
②金属氧化物有很多，最常见的为氧化铜，木炭在高温条件下还原氧化铜可以生成金属铜和二氧化碳气体，故反应的化学方程式为C + 2CuO ^高温 2Cu+ CO₂↑；
③根据化学反应的方程式可知，反应物和生成物都是一种金属单质和一种金属氧化物，因此可归纳其反应规律为：用金属还原金属氧化物。
(Ⅳ)(6)①由于装置B中盛有的是澄清石灰水即氢氧化钙溶液，而氢氧化钙是微溶于水的物质，故澄清石灰水中的氢氧化钙含量很少，不能将反应产生的CO₂全部吸收，所以不选用装置B的质量变化来计算；
②根据还原反应的原理可知，在金属氧化物与CO的反应过程中，金属氧化物的氧会被夺去，故固体物质总质量会变小，而变小的质量即为金属氧化物中氧元素的质量，结合表格数据可知，氧元素的质量=55.72g-55.08g=0.64g，则混合物中氧元素的质量分数=×100%=27.6%，而Fe₃O₄中氧元素的质量分数=×100%=27.6%，Fe₂O₃中氧元素的质量分数=×100%=30%，FeO中氧元素的质量分数=×100%=22.2%；故该样品所有可能的组成是Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO。
点评：本题考查的知识点较多，主要考查了铁的冶炼的有关知识，熟练掌握相关化学知识和实验的原理、现象和注意事项等是解答本题的关键。