Question

17．钢铁是重要的金属材料，在工农业生产和生活中应用非常广泛．
I．铁的应用
（1）下列铁制品的利用与金属导热性有关的是B（填字母）．
A．铁钳      B．铁锅      C．刀具
（2）“纳米α-Fe粉”可以用于食品保鲜，称之为“双吸剂”，因为它能吸收空气中的氧气和水（或O₂和H₂O）．
Ⅱ．铁的冶炼
工业炼铁的原理是高温下用CO作还原剂，将铁从氧化物中还原出来．请回答下列问题：
（1）写出以赤铁矿（主要成分氧化铁）为原料，在高温下炼铁的化学方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
（2）高炉炼铁中，焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外，还能提供热源，维持炉温；
Ⅲ．实验探究炼铁原理
某化学兴趣小组在实验室中模拟工业炼铁的原理，并探究CO与Fe₂O₃反应后的产物．
通过查阅资料知道：
①草酸（H₂C₂O₄）固体与浓硫酸混合加热会产生一氧化碳，化学反应方程式为
H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;浓硫酸\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O
②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反应方程式为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O
③常温下，Ca（OH）₂微溶于水；浓硫酸具有强烈的吸水性
于是他设计了图1的实验装置，结合装置回答下列问题：
（1）图A是用固体草酸和浓硫酸制取CO的反应装置，你认为应选择图2中的丁（填装置编号）；
（2）图中装置C的作用是证明CO₂是否已经除尽；
（3）为了证明产物中有二氧化碳，装置F中的试剂应该是少量的澄清的石灰水（或氢氧化钙溶液）（填试剂名称），反应的化学方程式为CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）该装置设计有一个明显缺陷，你认为是缺少尾气处理装置．
（5）实验时准确称取一定质量纯净的Fe₂O₃固体按上图进行实验，当E中固体全部变黑后，继续通入CO直到玻璃管冷却．将得到黑色的固体加入到足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生．
查阅资料：a．铁的氧化物在足量的稀盐酸中均能全部溶解．
b．Fe₂O₃与CO反应的固体生成物可能情况如下：
Fe₂O₃$\stackrel{400℃-500℃}{→}$Fe₃O₄$\stackrel{500℃-600℃}{→}$FeO（黑色）$\stackrel{700℃-800℃}{→}$Fe
根据“无气泡”猜想，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
（6）定量分析  用电子天平称量得部分数据如下：

	玻璃管质量	玻璃管及其中固体的质量	装置F及其中物质的总质量
反应前	28.20g	33.00g	300.0g
反应后		32.84g	300.4g

根据上述数据，纯净的Fe₂O₃固体质量为4.80g，请选择有效的数据，推断出反应后黑色固体的成分．（写出计算过程）根据推断结果，写出该实验中玻璃管内发生的化学反应方程式CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

Answer 1

分析 I．铁的应用
（1）物质的性质决定了物质的用途，所以可以根据铁的用途，分析利用了铁的什么性质．
（2）根据铁锈蚀的条件分析．
II铁的冶炼
（1）冶炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、空气等物质，通过反应生成的一氧化碳可以把铁矿石中的铁还原出来．
（2）根据高炉炼铁的原料及各原料的作用分析即可；
Ⅲ实验探究炼铁原理
（1）根据反应条件和反应物状态选择发生装置；
（2）用氢氧化钙溶液验证二氧化碳气体，浓硫酸具有吸水性，常用来干燥气体；
（3）用氢氧化钙溶液验证二氧化碳气体；
（4）一氧化碳有毒，可据其可燃性进行处理后变成无害物质再排放．
（5）根据反应现象分析．
（6）纯净的Fe₂O₃固体质量=玻璃管及其中固体的质量-玻璃管质量，根据玻璃管及其中固体的质量的变化推算反应后黑色固体的成分．
（7）根据反应物、生成物和条件书写方程式．

解答 解：I．铁的应用
（1）分析所给三种金属制品可以知道，铁锅是利用了金属的导热性．
（2）铁吸收水与氧气后会变成铁锈，所以“双吸剂”它能够吸收空气中的水分和氧气．
II铁的冶炼
（1）赤铁矿的主要成分是氧化铁，氧化铁和一氧化碳反应能生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ．
（2）炼铁时要用到焦炭，它有两个作用．炼铁时需要高温，焦炭与氧气反应生成二氧化碳，同时放出大量热，可供给炼铁使用；炼铁时还需一氧化碳作还原剂，二氧化碳与过量焦炭反应可以生成一氧化碳；
Ⅲ实验探究炼铁原理
（1）草酸（H₂C₂O₄）与浓硫酸混合加热会产生一氧化碳，反应物均为液体，且需要加热，所以选择发生装置丁；
（2）装置C证明CO₂是否已经除尽；浓硫酸具有吸水性，常用来干燥气体；
（3）澄清的石灰水可以用来验证二氧化碳气体；方程式为：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）一氧化碳有毒，不能直接排放．缺少尾气处理装置；
（5）加入足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生，说明没有铁生成，这样就是Fe₃O₄和FeO的组合了，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
（6）纯净的Fe₂O₃固体质量为：33.00g-28.20g=4.80g，其中铁元素的质量为4.80g×$\frac{112}{160}×100%$=3.36g，氧元素的质量为4.80g-3.36g=1.44g；反应后损失的氧元素的质量为33.00g-32.84g=0.16g，所以设反应后黑色固体Fe_xO_y，则铁元素：氧元素=56x：16y=3.36g：（1.44g-0.16g）；解得x：y=3：4
故反应后黑色固体是Fe₃O₄
（7）Fe₂O₃与CO反应生成Fe₃O₄和CO，方程式为：CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
故答案为：
I．铁的应用
（1）B；（2）氧气和水（或O₂和H₂O）
II．铁的冶炼
（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；（2）提供热源，维持炉温
Ⅲ实验探究炼铁原理
（1）丁；（2）证明CO₂是否已经除尽；
（3）澄清的石灰水（或氢氧化钙溶液）；CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）缺少尾气处理装置
（5）FeO；Fe₃O₄和FeO
（6）4.80；Fe₃O₄； CO+3Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

点评 此题是对炼铁知识的考查，解决的关键是知道炼铁的原理、原料及过程，题目综合性较强．