Question

16．铁在生产生活中应用十分广泛．铁的冶炼和利用已成为目前科学研究和技术领域中的重要课题．
一、生活中使用的防寒热贴利用了铁生锈原理，其工作过程中实现了由化学能转化为热能．
二、铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭和氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来，得到铁合金．一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（1）甲同学为探究铁合金中铁的质量分数，先后进行了四次实验（杂质不与稀硫酸反应），实验数据如下表：

	第一次	第二次	第三次	第四次
所取合金的质量∕g	10	10	20	30
所加稀硫酸的质量∕g	100	120	80	X
生成氢气的质量∕g	0.3	0.3	0.3	Y

请回答：上表第四次实验中合金里的铁恰好与稀硫酸完全反应，则Y=0.9g，该铁合金中铁的质量分数是多少？（写出计算过程）？84%
（2）乙同学提出单质碳也具有还原性，碳还原氧化铁的化学方程式为2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;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？于是，他模拟工业炼铁设计如下对比实验（查阅资料知NaOH溶液可吸收CO₂气体）：
①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下图装置A的硬质试管中；另一份放入下图装置B的硬质玻璃管中．
②装置A和B两组实验同时开始进行．在装置B的发应中，实验开始前，先通CO（选填“通CO”或“加热”）；实验结束后，继续通入CO直至冷却至室温．

此时，发现装置B的硬质玻璃管中固体完全由红色变为黑色，装置A的硬质试管中仍有红色固体．因而他认为焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，不易完全反应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．
（3）丙同学经过查阅资料发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因，试写出其中的一个生铁和焦炭都是固体，不易分离．
（4）丁同学利用图B装置，取不同质量的铁的氧化物进行实验．所得实验数据如下：

实验序号	铁的氧化物质量/g	生成铁的质量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

从上表可以看出进行第2次实验时，所得数据十分不可靠．请分析造成此种结果的原因主要可能是反应时间太短．

Answer 1

分析 根据化学反应中能量的转化机械牛分析解答，根据反应物和生成物以及反应的条件书写反应的化学方程式，根据表格分析生铁和稀硫酸反应的质量关系；根据化学方程式计算即可．

解答 解：一、生活中使用的防寒热贴利用了铁生锈原理，铁生锈过程中实现了由化学能转化为热能，故填：热．
二、一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（1）根据表格提供的数据可以看出，10g合金与80g硫酸是恰好完全反应，故上表第四次实验中合金里的铁恰好与稀硫酸完全反应，则30g合金生成氢气的质量为0.9g；
设铁的质量为x
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56                    2
x                     0.9g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.9g}$  x=25.2g
该铁合金中铁的质量分数=$\frac{25.2g}{30g}×100%$=84%；
故填：0.9，84%；
（2）碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑，故填：2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑；
②装置A和B两组实验同时开始进行．在装置B的发应中，实验开始前，先通CO，排尽装置内的空气，防止加热时产生爆炸；
一氧化碳能与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，会观察到装置B的硬质玻璃管中固体完全由红色变为黑色；故填：通CO，红，黑；
（3）工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的原因还与焦炭的状态有关，生铁和焦炭都是固体，不易分离，故填：生铁和焦炭都是固体，不易分离．
（4）丁同学利用图B装置，取不同质量的铁的氧化物进行实验．所得实验数据如下：

实验序号	铁的氧化物质量/g	生成铁的质量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

进行第2次实验时，所得数据过大，十分不可靠．造成此种结果的原因主要可能是反应时间太短，氧化铁没有全部被还原，故填：反应时间太短．

点评 本题考查的是炼铁的原理的知识，完成此题，可以依据已有的物质的性质结合题干进行即可．