Question

19．钢铁工业是国家工业的基础．
（1）如图（1）是炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图．
根据图示回答下列问题．
若图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，请写出A区和B区所发生主要反应的化学方程式：
A区Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
B区C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO．
（2）某兴趣小组利用图（2）实验装置测定某赤铁矿石样品中Fe₂O₃的质量分数，取10g样品与足量CO充分反应后，测得剩余固体的质量为7.6g，下列说法正确的是D（温馨提示：杂质不参加反应）

A．玻璃管中的固体由黑色逐渐变成红色
B．实验中通入CO的质量为4.2g
C．生成CO₂的质量为2.4g
D．铁矿石样品中Fe₂O₃的质量分数为80%
（3）小组同学又用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，同时对固体产物的成分进行探究．
该小组按图（3）实验设计，在一定温度下进行了实验，测得下列数据：

①反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量66.0g（玻璃管的质量为60.0g）
②反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量65.8g（冷却至室温称量）
【分析与讨论】
本实验中，玻璃管内固体粉末由红色全部变为黑色．小明同学认为该黑色固体全部是铁，但小华同学提出了质疑，她质疑的理由是如果黑色固体全部是铁，则质量应该为：6.0g×70%=4.2g，不应该是5.8g．于是大家提出查阅资料．
【查阅资料】
①一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关．
②一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁
③

物质 性质	四氧化三铁	氧化亚铁	氧化铁	铁粉
颜色	黑色	黑色	红色	黑色
能否被磁铁吸引	能	不能	不能	能

【实验与猜想】
①该小组的同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和氧化亚铁．
②进行猜想：黑色固体粉末可能是
a．四氧化三铁      b．四氧化三铁和铁
【得出结论】
通过实验中获得的数据进行计算，得出黑色固体粉末为四氧化三铁（写名称）．
【反思与评价】
①一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间．
②实验装置图（3）中采用虚线框内的装置，其作用有AB．
A．收集一氧化碳     B．吸收二氧化碳     C．检验二氧化碳．
③工业上炼出的生铁与实验还原出来的铁有什么区别？工业上炼出的生铁中含有碳，而实验还原出来的铁中不含有碳．将工业上炼出的生铁少量放于烧杯中，加入足量稀盐酸的现象是固体部分溶解，产生气泡，溶液变成浅绿色．

Answer 1

分析 （1）高温条件下，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳；
碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳在高温条件下和碳反应生成一氧化碳；
（2）为了防止发生爆炸，加热前应该先通入一会儿一氧化碳，反应结束后，应该继续通入一氧化碳直至玻璃管冷却至室温；
（3）氢氧化钠溶液能够吸收二氧化碳；
氧化铁中铁元素质量分数=$\frac{112}{160}$×100%=70%；
根据实验现象可以判断相关方面的问题；
铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气．

解答 解：（1）A区中，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
B区中，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳和碳反应生成一氧化碳，反应的化学方程式分别为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO．
故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO．
（2）A．应该是玻璃管中的固体由红色逐渐变成黑色，该选项说法不正确；
B．取10g样品与足量CO充分反应后，测得剩余固体的质量为7.6g，说明氧化铁中氧元素质量为：10g-7.6g=2.4g，则氧化铁质量为：2.4g÷30%=8g，
设反应需要一氧化碳质量为x，生成二氧化碳质量为y，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
 160  84           132
  8g   x            y
 $\frac{160}{8g}$=$\frac{84}{x}$=$\frac{132}{y}$，
x=4.1g，y=6.6g，
因为反应前后要通入一氧化碳，因此实验中通入CO的质量应该大于4.2g，该选项说法不正确；
C．生成CO₂的质量是6.6g，该选项说法不正确；
D．铁矿石样品中Fe₂O₃的质量分数为：$\frac{8g}{10g}$×100%=80%，该选项说法正确．
故填：D．
（3）【分析与讨论】
她质疑的理由是如果黑色固体全部是铁，则质量应该为：6.0g×70%=4.2g，不应该是5.8g．
故填：如果黑色固体全部是铁，则质量应该为：6.0g×70%=4.2g，不应该是5.8g．
【实验与猜想】
①该小组的同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和氧化亚铁．
故填：氧化亚铁．
②黑色固体粉末可能是四氧化三铁，或四氧化三铁和铁．
故填：四氧化三铁；四氧化三铁和铁．
【得出结论】
假设产物是四氧化三铁，生成四氧化三铁质量为z，
3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₃O₄+3CO₂，
 480            464
 6.0g            z
$\frac{480}{6.0g}$=$\frac{464}{z}$，
z=5.8g，
与假设符合，因此通过实验中获得的数据进行计算，得出黑色固体粉末为四氧化三铁．
故填：四氧化三铁．
【反思与评价】
②实验装置图（3）中采用虚线框内的装置，其作用有收集一氧化碳，吸收二氧化碳．
故填：AB．
③工业上炼出的生铁与实验还原出来的铁的区别是：工业上炼出的生铁中含有碳，而实验还原出来的铁中不含有碳；
将工业上炼出的生铁少量放于烧杯中，加入足量稀盐酸的现象是固体部分溶解，产生气泡，溶液变成浅绿色．
故填：工业上炼出的生铁中含有碳，而实验还原出来的铁中不含有碳；固体部分溶解，产生气泡，溶液变成浅绿色．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．