Question

20．某兴趣小组利用以下实验装置模拟工业炼铁的主要过程：

（1）装置甲中发生的反应为：HCOOH （ 甲酸 ）$\frac{\underline{\;浓硫酸\;}}{加热}$ CO↑+H₂O．
（2）请按合适的顺序连接好以下装置：甲→丙→丁→乙．
（3）丙装置中碱石灰（氧化钙与氢氧化钠混合物）的作用是除去CO中的水蒸气．
（4）丁装置中反应的化学方程式为3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂+2Fe．
（5）为了探究影响反应产物的外界因素，在Fe₂O₃与CO反应部位，该小组同学分别用酒精灯和酒精喷灯进行了两次实验，结果如下：

加热方式	通CO加热时间/min	澄清石灰水变 浑浊时间/min	产物颜色	产物能否全部 被磁铁吸引
酒精灯	30	5	黑色	能
酒精喷灯	30	1	黑色	能

①甲同学猜想黑色产物中可能含有碳单质．乙同学排除了该可能，他提出的两种理由是：碳单质不会被磁铁吸引、CO作还原剂化合价升高不可能生成碳单质．
②丙同学查找资料发现，Fe₃O₄也能被磁铁吸引，对黑色产物成分提出以下三种假
设：i．全部为铁；ii．全部为四氧化三铁；iii．四氧化三铁和铁的混合物．
③通过进一步定量实验，黑色产物所含元素组成和质量分数如下：

样品序号	加热方式	元素组成和质量分数
产物样品Ⅰ	酒精灯	w（Fe）=74.4%、w（O）=25.6%
产物样品Ⅱ	酒精喷灯	w（Fe）=100%

样品Ⅰ的成分及质量分数为w（Fe₃O₄）=92.8%、w（Fe）=7.2%．

Answer 1

分析 （2）根据制备CO，除杂、还原氧化铁、尾气处理连接装置；
（3）丙装置中碱石灰的作用是除杂；
（4）在高温的条件下，一氧化碳还原氧化铁；
（5）①因为产物能全部被磁铁吸引，所以不会有碳生成，又因为CO作还原剂化合价升高不可能生成碳单质，据此分析；②根据Fe₃O₄也能被磁铁吸引，则组合可能为全部为铁，全部为Fe₃O₄，铁和Fe₃O₄都有；③设总质量为1g，则铁的质量为x，Fe₃O₄为（1-x），根据铁的含量列方程求解．

解答 解：（2）根据实验原理，应分为制备CO，除杂、还原氧化铁、尾气处理连接装置，所以顺序为甲丙丁乙，故答案为：丙；丁；乙；
（3）丙装置中碱石灰的作用是除杂，所以作用为除去CO中的水蒸气，故答案为：除去CO中的水蒸气；
（4）在高温的条件下，一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳；故填：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3CO₂+2Fe；
（5）①因为产物能全部被磁铁吸引，所以不会有碳生成，又因为CO作还原剂化合价升高不可能生成碳单质，故答案为：碳单质不会被磁铁吸引；CO作还原剂化合价升高不可能生成碳单质；
②根据四氧化三铁也能被磁铁吸引，则组合可能为全部为铁，全部为四氧化三铁，铁和四氧化三铁都有，故答案为：全部为四氧化三铁；四氧化三铁和铁的混合物；
③设总质量为1g，则铁的质量为x，四氧化三铁的质量为（1-x），又氧的含量为25.6%，所以有$\frac{（1-x）×\frac{64}{232}}{1}$=25.6%，解得x=0.0720，所以铁的含量为7.20%，四氧化三铁的含量为1-7.20%=92.8%；故答案为：w（Fe₃O₄）=92.8%、w（Fe）=7.2%．

点评 本题考查了气体的制备及其工业炼铁的装置的选择等，题目涉及的知识点较多，侧重于基础知识的综合应用的考查，题目难度中等．