题目内容

【题目】早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器。工业炼铁把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。

一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为: 。其中,石灰石起的作用是

(一)甲组同学在学习炼铁的相关内容时,对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。

【提出问题】

单质碳也具有还原性,碳还原氧化铁的化学方程式为 。为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石?

【猜想与假设】

焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应不易完全。

【进行实验】

称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入图1装置A的试管中;另一份放入图1装置B的玻璃管中。

1装置AB两组实验同时开始进行。在图1装置B的反应中,实验开始前应先 (选填CO加热); 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温,其原因是

【实验现象】

当图1装置B的玻璃管中固体完全由 时(选填红色变为黑色黑色变为红色),图1装置A的试管中仍有

【解释与结论】

焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应确实不易完全,这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。

【完善实验】

联想到单质碳的一些化学性质,甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有COCO2,将该气体通过图2的检验装置。图2A装置中的试剂是(写名称,下同) ,图2B装置中的试剂是氢氧化钠溶液,用以吸收二氧化碳(2NaOH+CO2Na2CO3+H2O );证明原混合气体中CO2存在的化学方程式 ;证明原混合气体中CO存在的实验现象是 ;经过检验,证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有COCO2

(二)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,其反应方程式为

FexOy+yH2xFe+yH2OFe3C+2H23Fe+CH4

【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,按图装置进行实验。

已知3CH4+4Fe2O33CO2+6H2O+8Fe(假设每步反应都完全,且不考虑装置内原有空气对测定结果的影响)。

1)主要实验步骤如下:

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;

缓缓通入纯净干燥的H2

点燃酒精灯, (填先点A处,后点C先点C处,后点A);

分别熄灭A处、C处酒精灯;

再缓缓通入少量H2

再次称量必要装置的质量

2)步骤的目的是 ,验证该步骤目的达到的实验方法是

3)若缺少装置D,则所测氧元素的质量分数将 (填偏大偏小不变)。

4)粗还原铁粉样品的质量为15.000g,装置BE分别增重0.270g0.330g,则计算样品出中碳、氧元素的质量分数分别是 。(列出计算过程,2分)

【答案】3CO+Fe2O32Fe+3CO2;将矿石中的二氧化硅等杂质转变为炉渣而除去的。

(一)【提出问题】3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2

【进行实验】CO;防止液体倒吸进入硬质粗玻璃管,造成炸裂且防止高温下铁又被进入的空气氧化。

【实验现象】红色变为黑色;红色物质。

【完善实验】澄清石灰水;CaOH2+CO2=CaCO3+H2O;黑色粉末变成红色。

(二)(1先点C处,后点A处。(2)排尽空气,防止爆炸;收集尾气,进行验纯。

3)不变4wC=0.6%wO=1.6%

【解析】

试题分析根据所学知识和题中信息知,工业炼铁把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为:3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2;其中,石灰石起的作用是将矿石中的二氧化硅等杂质转变为炉渣而除去的。(一)甲组同学在学习炼铁的相关内容时,对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。【提出问题】单质碳也具有还原性,碳还原氧化铁的化学方程式为3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2。为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石?【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应不易完全。【进行实验】称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入图1装置A的试管中;另一份放入图1装置B的玻璃管中。1装置AB两组实验同时开始进行。在图1装置B的反应中,实验开始前应先通CO;实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温,其原因是防止液体倒吸进入硬质粗玻璃管,造成炸裂且防止高温下铁又被进入的空气氧化。【实验现象】当图1装置B的玻璃管中固体完全由红色变为黑色时;图1装置A的试管中仍有红色物质。【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应确实不易完全,这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。【完善实验】甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有COCO2,将该气体通过图2的检验装置。图2A装置中的试剂是澄清石灰水;图2B装置中的试剂是氢氧化钠溶液,用以吸收二氧化碳(2NaOH+CO2Na2CO3+H2O );证明原混合气体中CO2存在的化学方程式是CaOH2+CO2=CaCO3+H2O;证明原混合气体中CO存在的实验现象是黑色粉末变成红色。经过检验,证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有COCO2。(二)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,其反应方程式为FexOy+yH2高温xFe+yH2OFe3C+2H2高温3Fe+CH4。【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,按图装置进行实验。已知3CH4+4Fe2O3高温3CO2+6H2O+8Fe1)主要实验步骤如下: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;缓缓通入纯净干燥的H2点燃酒精灯,先点C处,后点A处。分别熄灭A处、C处酒精灯;再缓缓通入少量H2再次称量必要装置的质量。(2)步骤的目的是排尽空气,防止爆炸;验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气,进行验纯。(3)若缺少装置D,则所测氧元素的质量分数将不变。(4)粗还原铁粉样品的质量为15.000g,装置BE分别增重0.270g0.330g,则计算样品出中碳、氧元素的质量分数分别是0.330g×﹙12/44×100%15.0g×100%=0.6%0.270g×﹙16/18×100%/15.0g×100%=1.6%

考点考查实验探究的基本思路和方法。

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