Question

2．铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程．炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁的反应，该化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（1）某化学兴趣小组在实验室中模拟炼铁原理的实验，并对固体产物的成分进行探究．
【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，酒精灯b的作用是点燃多余的一氧化碳，避免污染空气．

【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m（冷却到室温称量）．
（2）检测A中的产物是否含铁的化学方法是取样，在A中的产物中滴加稀硫酸；如果产生气泡；则含有铁（写出操作、现象、结论）．
【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          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

【进一步实验和得出结论】
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该小组同学将黑色固体粉末投入硫酸铜溶液中，一段时间后无紫红色固体析出，则该黑色固体粉末为四氧化三铁．其实，进行如上图所示实验后，若测得反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量m为65.8g，也能得出这个结论．
【反思与评价】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．上图所示实验装置中，应作的一处修改是将酒精灯a换成酒精喷灯．
（3）当Fe₂O₃反应完全后，应先熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直到装置中的固体冷却
（4）某同学实验完成后，发现过量的澄清石灰水增重0.44g，则该同学通人装置的CO气体质量＞（填“＞”、“＜”或“=”）0.28g．理由是实验开始或结束都要通入一氧化碳．

Answer 1

分析 根据工业冶铁的反应原理：一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳的化学方程式；
（1）【设计实验】根据尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒能污染空气，分析酒精灯b的作用；
（2）考虑铁和稀硫酸的反应；
【进一步实验和得出结论】
①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；
②利用假设法：该固体粉末是四氧化三铁，进行分析计算；
【反思与评价】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，从而考虑装置的改进；
（3）根据炼铁的注意事项解答；
（4）根据实验的过程及注意的事项分析通入一氧化碳的量．

解答 解：利用一氧化碳与氧化铁来炼铁反应化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（1）由于尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒能污染空气，所以，酒精灯b的作用是：点燃多余的一氧化碳，避免污染空气；
（2）取样，在A中的产物中滴加稀硫酸；如果产生气泡；则含有铁
①由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体的成分可能是：全部是铁；全部是四氧化三铁；两者的混合物；
②依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是：66g-60g=6g，这些氧化铁中含有的氧元素质量是：6g×$\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}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三铁，所以该固体粉末是四氧化三铁．所以是66g-0.2g=65.8g．
【反思与评价】一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间．上图所示实验装置中，应作的一处修改是将酒精灯a换成酒精喷灯；
（3）当Fe₂O₃反应完全后，应先熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直到装置中的固体冷却；
（4）因为实验开始或结束都要通入一氧化碳，故该实验中一氧化碳的实验用量大于量论用量0.28g．
故答案为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；  
（1）【设计实验】尾气处理，防止空气污染；（2）取样，在A中的产物中滴加稀硫酸；如果产生气泡；则含有铁；
【进一步实验和得出结论】①氧化亚铁；   ②四氧化三铁； 65.8
【反思与评价】将酒精灯a换成酒精喷灯（合理答案均可）；
（3）熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直到装置中的固体冷却；
（4）＞； 实验开始或结束都要通入一氧化碳

点评 本题通过一氧化碳还原氧化铁考查常见物质的性质，增加了学生分析问题的思维跨度，强调了学生整合知识的能力．