Question

2．钢铁工业是国家工业的基础．
（1）如图甲是炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图，根据图示回答有关问题．

若图甲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{\;点燃\;}}{\;}$2CO．
（2）某兴趣小组在实验室中模拟炼铁化学原理的实验，对固体产物成分等进行探究．
【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实验装置如图乙．
【进行实验】该小组按上述实验设计，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（冷却到室温称量）．
【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，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同体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁．
③铁及部分铁的氧化物的相关物理性质如表所示．

	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该小组同学将反应后的黑色同体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色同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
a．全部为铁b．四氧化三铁  c．四氧化三铁和铁
【得出结论】通过利用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（填名称）．
【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．

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%×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，化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
B区中，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳和碳反应生成一氧化碳，化学方程式分别为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2CO；
（2）【实验与猜想】
①该小组的同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和氧化亚铁；
②黑色固体粉末可能是四氧化三铁，或四氧化三铁和铁；
【得出结论】
假设产物是四氧化三铁，生成四氧化三铁质量为z，
3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₃O₄+3CO₂，
 480            464
 6.0g            z
$\frac{480}{6g}$=$\frac{464}{z}$
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；
【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，故选：AB．
故答案为：（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO；
（2）【实验与猜想】①氧化亚铁；
②为铁和四氧化三铁，全部为四氧化三铁；
【得出结论】四氧化三铁；
【反思与评价】②AB

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．