Question

1．某兴趣小组对工业炼铁的相关知识进行了深入研究．
【知识回顾】工业炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、石灰石和空气，下列相关知识的归纳，正确的是C．
A．工业炼铁得到的是纯铁
B．CO还原氧化铁的反应属于置换反应
C．焦炭燃烧放热，提高炉温，并转化成CO
D．炼铁高炉排放的废气对空气无污染
【提出问题】该小组同学发现甲烷的性质与氢气、一氧化碳有很多相似之处．氢气、一氧化碳具有还原性，那么甲烷有没有还原性呢？
【查阅资料】1．无水硫酸铜是白色固体，吸收水分后变为蓝色．
2．铁的氧化物与稀硫酸反应时无气体生成
【实验探究】为探究上述问题，设计如下装置并进行实验．
（1）实验开始时先通一段时间甲烷的目的是排尽装置内的空气，防止加热时产生爆炸．
（2）加热一段时间后，观察到A中硬质玻璃管中的固体粉末由红色全部变成黑色，取少量黑色粉末于试管中，加入适量稀盐酸，观察到有气泡产生（填实验现象），说明有铁生成；B中白色固体变蓝，说明有水生成；C中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成．
【结论】甲烷有还原性．若生成的黑色粉末全部是铁，甲烷还原氧化铁的化学方程式为4Fe₂O₃+3CH₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Fe+6H₂O+3CO₂．
【反思质疑】查阅资料得知：酒精灯加热时达不到高温，生成物中可能混有铁的其他氧化物Fe_xO_y．为探究甲烷与氧化铁反应后所得黑色粉末的成分，继续进行如下实验：
（1）探究黑色粉末中单质铁的质量分数：
①将图1各装置按照一定顺序连接，接口顺序是a→c→b→d（填序号）．
②检查装置气密性，称取7.2g黑色粉末 放入烧瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸．打开分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至无气泡产生，通过测量量筒内水的体积得出氢气质量为0.05g．计算黑色粉末中单质铁的质量分数．（写出计算过程，结果保留到0.1%）
（2）确定黑色粉末中Fe_xO_y的化学式：
检查图2装置的气密性，另称取上述黑色粉末7.2g放入硬质玻璃管中，加热至完全反应，称得硬质玻璃管内剩余固体为5.6g，经检验全都是铁．若原黑色粉末中铁的氧化物只有一种，则Fe_xO_y的化学式为FeO．从环保角度分析，图2装置存在的明显缺陷是未进行尾气处理．

Answer 1

分析 根据可燃气不纯点燃或是加热可能产生爆炸分析解答；根据物质的性质以及物质间反应的实验现象进行分析解答；根据题干提供的数据结合化学式的计算解答即可．

解答 解：【知识回顾】A．工业炼铁得到的不是纯铁，错误；
B．CO还原氧化铁的反应不属于置换反应，错误；
C．焦炭燃烧放热，提高炉温，并转化成CO，正确；
D．炼铁高炉排放的废气对空气有污染，错误；
故填：C；
【实验探究】（1）甲烷是可燃性气体，不纯是点燃或是加热可能产生爆炸，故实验开始时先通一段时间甲烷的目的是排尽装置内的空气，防止加热时产生爆炸，故填：排尽装置内的空气，防止加热时产生爆炸．
（2）铁能与盐酸反应产生气泡，故取少量黑色粉末于试管中，加入适量稀盐酸，观察到有气泡产生，说明有铁生成；硫酸铜粉末遇水变蓝，B中白色固体变蓝，说明有水生成；故填：有气泡产生；水；
【结论】生成的黑色粉末全部是铁，甲烷还原氧化铁生成铁、水和二氧化碳，该反应的化学方程式为4Fe₂O₃+3CH₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Fe+6H₂O+3CO₂．故填：4Fe₂O₃+3CH₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$8Fe+6H₂O+3CO₂；
【反思质疑】（1）①铁和稀硫酸反应生成的硫酸亚铁和氢气，使用排水法收集，则气体从短管进入，故接口顺序是a→c→b→d，故填：c；b．
②检查装置气密性，称取7.2g黑色粉末 放入烧瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸．打开分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至无气泡产生，通过测量量筒内水的体积得出氢气质量为0.05g．设计算黑色粉末中单质铁的质量为x
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56                            2
x                             0.05g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.05g}$
x=1.4g
故铁的质量分数为：$\frac{1.4g}{7.2g}×100%$=19.4%
（2）取上述黑色粉末7.2g放入硬质玻璃管中，加热至完全反应，称得硬质玻璃管内剩余固体铁的质量为5.6g，故氧元素的质量为：7.2g-5.6g=1.6g，故铁元素和氧元素的原子个数比为：$\frac{5.6g}{56}：\frac{1.6g}{16}$=1：1，则Fe_xO_y的化学式为FeO．从环保角度分析，一氧化碳是有毒的气体，故图2装置存在的明显缺陷是未进行尾气处理．故填：FeO；未进行尾气处理．

点评 本题考查的是物质成分的确定，完成此题，可以依据已有的知识结合提供的数据进行．