Question

钢铁工业是国家工业的基础．
（1）工业上若采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，则炼铁的主要反应原理为

 

（用化学方程式表示），其所用的设备为

 

，生铁出口低于炉渣出口的原因是

 

．
（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．
【进行实验】
该小组按上述实验设计进行实验，实验时应先

 

（填“通入一氧化碳”或“点燃酒精灯”），目的是：

 

．
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固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁．
③

物质	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

 

和

 

．
②进行猜想：黑色固体粉末可能 a．全部为铁　　　　 b．

 

　c．

 

【得出结论】通过实验中获得的数据进行计算，得出黑色固体粉末为

 

．
【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温度和

 

．
②实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有

 

和

 

等．

Answer 1

考点：铁的冶炼,实验探究物质的组成成分以及含量,金属的物理性质及用途,一氧化碳还原氧化铁,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：金属与金属材料

分析：（1）根据氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应能生成铁和二氧化碳写出反应的方程式；根据工业炼铁的装置及生铁密度和炉渣的密度大小进行分析；
【进行实验】根据一氧化碳的性质结合实验的步骤分析；
【实验与猜想】①依据表中信息找到不能被磁铁吸引的物质即可；
②由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体进行猜测；
【得出结论】依据实验测得的数据结合氧化铁的化学式可求出氧化铁中氧的质量，再用反应前后物质的质量差与之比较判断即可；
【反思与评价】依据信息资料分析方法及二氧化碳和氢氧化钙溶液的反应且一氧化碳有毒需要进行尾气处理来判断．

解答：解：（1）氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应能生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂ ；该装置是高炉，由于生铁密度大于炉渣的密度，因此生铁出口低于炉渣出口，便于二者分离；
故答案为：3CO+Fe₂O₃ 

高温  .

 2Fe+3CO₂；高炉；生铁密度大于炉渣的密度；
【进行实验】因为一氧化碳具有可燃性，容易发生爆炸，因此要先通入一氧化碳，排尽空气，防止爆炸；
故答案为：先通入一氧化碳；排尽空气，防止爆炸；
【实验与猜想】①黑色固体粉末全部能被吸引，说明黑色粉末中含有铁，或含有四氧化三铁，或含有铁和四氧化三铁，不可能含有氧化亚铁和氧化铁．
故填：氧化亚铁和氧化铁；
②黑色固体粉末可能是：全部是铁，或全部是四氧化三铁，或铁和四氧化三铁．
故填：全部是四氧化三铁；铁和四氧化三铁的混合物；
【得出结论】依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是：66g-60g=6g，这些氧化铁中含有的氧元素质量是：6g×

3×16

3×56+4×16

×100%=1.8g，由于反应前后固体的质量差即为氧化铁失掉的氧的质量，所以可知反应前后失掉的氧的质量是：66g-65.8g=0.2g，所以该固体不可能全是铁，固体中还有1.6g氧元素没有失掉，假设全是四氧化三铁则其含有的氧元素质量是：5.8g×

4×16

3×56+4×16

×100%=1.6g，故全部是四氧化三铁，所以该固体粉末是四氧化三铁；
故答案为：全部为四氧化三铁；
【反思与评价】①根据资料可知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，故答案为：反应时间；
②由于一氧化碳不能与氢氧化钙反应，结合装置的特点可知该装置能收集一氧化碳，同时排出氢氧化钙溶液；二氧化碳和氢氧化钙溶液能反应产生沉淀，所以可以用来检验二氧化碳；
故答案为：收集（处理）CO和检验CO₂．

点评：此题是与炼铁相关的实验探究题，综合性较强，尤其是利用数据对混合物的判断提高了试题的难度，只要是掌握固体质量变化是氧元素失掉的实质便可迎刃而解．