Question

11．钢铁工业是国家工业的基础．
（1）图1是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图，根据图示回答问题．若图1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\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；B区（焦炭的作用）C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂、CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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2．

[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]

物质 性质	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

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．
③四氧化三铁、铁粉都能被磁铁吸引，而氧化亚铁、氧化铁均不能被磁铁吸引．
[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．全部是四氧化三铁    c．铁与四氧化三铁的混合物．
[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（写名称）四氧化三铁．
计算过程：
[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A、B．
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）依据A区主要是生成铁而B区主要是产生一氧化碳的情况书写即可；
（2）【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】依据二氧化碳和氢氧化钠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）依据A区主要是生成铁的反应，所以方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；而B区主要是产生一氧化碳共发生了两个反应，方程式为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO；
（2）【实验与猜想】
①依据表中信息可知不能被磁铁吸引的物质是氧化铁和氧化亚铁，固体全部能被吸引，说明固体中一定不含有这两者；
②由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体的成分可能是：全部是铁；全部是四氧化三铁；两者的混合物；
【得出结论】依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是：66g-60g=6g，这些氧化铁中含有的氧元素质量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反应前后固体的质量差即为氧化铁失掉的氧的质量，所以可知反应前后失掉的氧的质量是：66g-65.8g=0.2g，所以该固体不可能全是铁，固体中还有1.6g氧元素没有失掉，假设全是四氧化三铁则其含有的氧元素质量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三铁，所以该固体粉末是四氧化三铁；
【反思与评价】因为二氧化碳和氢氧化钠溶液能反应且无现象，一氧化碳不能与氢氧化钠反应；
A、由于一氧化碳不能与氢氧化钠反应，结合装置的特点可知该装置能收集一氧化碳，同时排出氢氧化钠溶液；
B、二氧化碳和氢氧化钠溶液能反应，所以可以用来吸收二氧化碳；
C、由于二氧化碳和氢氧化钠溶液反应时没有明显的现象产生，所以不能用它来检验二氧化碳的存在；
故答案为：（1）A、Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；B、C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO；
（2）【实验与猜想】①氧化铁；氧化亚铁；②全部是四氧化三铁；铁与四氧化三铁的混合物；
【得出结论】四氧化三铁；
【反思与评价】A、B；

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．