Question

20．如图甲是实验室模拟炼铁的装置图，试回答（石灰水足量，每步反应均完全）：

（1）如图连接实验装置、检查装置的气密性、一氧化碳验纯、装药品、固定实验装置后，主要实验步骤有：①通入一氧化碳；②停止通入一氧化碳；③点燃酒精喷灯；④熄灭酒精喷灯．正确的操作顺序是①③④②（填序号）．
（2）实验过程中仪器①中发生的反应的化学方程式是3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（3）实验过程中产生的尾气不能直接排放的原因是尾气中含有有毒的一氧化碳，会造成环境污染．
（4）图乙是工业生产中炼铁高炉的结构图．实际生产中炼铁的原料铁矿石、焦炭、石灰石，
是从原料入口加入的，其中焦炭在高炉炼铁时的作用之一是产生高温，另一作用为产生一氧化碳
CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO（用化学方程式表示）；生铁出口低于炉渣出口的原因是炉渣密度小于铁水密度．
（5）反应完全后，计算氧化铁样品的纯度时，小强同学认为“仪器①中减少的质量等于仪器③中增加的质量”．小丽同学通过称量发现二者质量并不相等．请你分析写出仪器①中减少的是氧化铁中氧元素的质量，而仪器③中增加的是二氧化碳的质量．
（6）某同学取2.4g纯净的Fe₂O₃与CO反应一段时间后，对玻璃管中剩余固体的成分展开探究．
【实验过程】

实验内容	实验现象
冷却后，称量剩余固体的质量	剩余固体质量为1.76g

【分析与结论】
化学生产中往往会以某一种元素的转化来计算“反应的转化率”，其公式如下：
反应转化率=$\frac{化合物中已反应A元素质量}{化合物中A元素总质量}$×100%；若以原固体中氧元素的转化来表达反应的转化率则该反应转化率为88.9%．（结果保留一位小数）

Answer 1

分析 （1）根据实验室模拟炼铁的操作步骤分析即可；
（2）根据一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳进行分析；
（3）根据CO有毒的性质分析即可；
（4）根据焦炭的作用并结合生铁与炉渣的密度分析即可；
（5）根据仪器D中原有的物质是氧化铁，反应后的物质是铁，分析减少的成分；
根据仪器B中石灰水吸收的是二氧化碳分析增加的成分；
（6）根据反应的转化率的计算公式进行计算．

解答 解：（1）实验刚开始，先通一氧化碳，然后点燃酒精喷灯加热，目的是排尽玻璃管内的空气以免发生爆炸；实验结束，先熄灭酒精喷灯，通一氧化碳直到玻璃管完全冷却；因为一氧化碳有毒，为防止污染空气，在通一氧化碳之前必须先点燃酒精灯，停止通一氧化碳之后才能熄灭酒精灯，所以正确的操作顺序是：①③④②；
（2）一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，化学方程式为：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）尾气中含有未反应的一氧化碳，而一氧化碳有剧毒，如果排放到空气中会污染空气；
（4）炼铁要用到焦炭，它有两个作用，炼铁需要高温，一方面焦炭在燃烧的过程中能放出大量的热，另一方面炼铁还需要一氧化碳，焦炭又可以把刚生成的二氧化碳还原为一氧化碳，化学方程式为：CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO，由于生铁的密度大于炉渣的密度，所以生铁出口低于炉渣出口；
（5）仪器D中原有的物质是氧化铁，反应后的物质是铁，故减少的成分是氧化铁中氧元素的质量；仪器B中石灰水吸收的是二氧化碳，故增加的成分是反应生成的二氧化碳；
（6）由题意和质量守恒定律可知，参加反应的氧元素的质量为：2.4g-1.76g=0.64g，2.4gFe₂O₃中氧元素的质量为：2.4g×$\frac{16×3}{56×2+16×3}$×100%=0.72g，反应的转化率是：$\frac{0.64g}{0.72g}$×100%=88.9%．
故答案为：（1）①③④②；
（2）3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）尾气中含有有毒的一氧化碳，会造成环境污染；
（4）产生一氧化碳，CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO，炉渣密度小于铁水密度；
（5）氧化铁中氧元素，二氧化碳；
（6）88.9%．

点评 本题以CO还原氧化铁实验来考查实验现象、尾气处理、化学反应方程式等，考查知识点多，较好的考查了实验与基础知识的结合．