Question

14．精还原铁粉在化学工业上有着重要的用途，某兴趣小组的同学们对其进行下列探究：
【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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$x Fe+yH₂O，Fe₃C+2 H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3 Fe+CH₄．
（1）请你写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【含量测定】为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行实验．已知3 CH₄ +4 Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂ +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）．

（2）主要实验步骤如下：
①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②缓缓通入纯净干燥的H₂；③点燃C处酒精灯；④点燃A处酒精灯⑤分别熄灭A处、C处酒精灯；⑥继续通H₂直至装置冷却；⑦再次称量必要装置的质量．
写出步骤⑥的操作并写出这一步骤的目的防止生成的还原铁粉再次被氧化．
（3）实验装置中，若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将不变（填“偏大”“偏小”或“不变”），若粗还原铁粉的质量为M，装置B增重的质量为m₁，装置D增重的质量为A₂，装置E增重的质量为m₃，求粗还原铁粉中碳元素的质量分数（假设每一步都完全吸收）$\frac{3{m}_{3}}{11M}$×100%．

Answer 1

分析 （1）氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳；
（2）步骤⑥的目的是 防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用；
（3）若缺少装置D，不影响测氧元素的质量分数；实验后，甲同学根据装置E的增重算得样品中碳元素的质量分数．

解答 解：（1）氧化铁在高温条件下能与CO发生反应生成铁与二氧化碳，反应的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）主要实验步骤如下：
①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；
②缓缓通入纯净干燥的H₂；
③点燃C处酒精灯；
④点燃A 处酒精灯；
⑤分别熄灭A、C处酒精灯；
⑥继续通H₂直至装置冷却；
⑦再次称量必要装置的质量．步骤⑥的目的是防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用．
故填：继续通H₂直至装置冷却；防止生成的还原铁粉再次被氧化．
（3）若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将不变，这是因为需要的水的质量数据是从B装置得到的．
装置E增重m₃，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为m₃，生成二氧化碳中碳元素质量=m₃×$\frac{12}{44}$=$\frac{3}{11}$m₃；样品中碳元素的质量分数=$\frac{\frac{3}{11}{m}_{3}}{M}$×100%=$\frac{3{m}_{3}}{11M}$×100%．
故填：不变；$\frac{3{m}_{3}}{11M}$×100%．

点评 通过对铁冶炼原理的知识迁移，理解该题的实验过程及目的，考查了知识的运用及实验分析的能力．