Question

19．炼铁是把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉，在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来．某同学对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究．
【提出问题】单质碳也具有还原性，碳还原氧化铁的化学方程式为3C+2Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑．为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石？
【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应不易完全．
【进行实验】实验步骤及注意事项如下：
①称取两份相同质量的氧化铁粉末．一份与足量的碳粉均匀混合放入下图装置A的试管中；另一份放入下图装置B的玻璃管中．
②装置A和B两组实验同时开始进行．在装置B的反应中，实验开始前应先通入CO（选填“通CO”或“加热”）．
【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由红色变为黑色时（选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”），装置A的试管中仍未完全反应．
【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体，接触面积小，反应确实不易完全，这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因．
【交流与反思】经过查阅资料和讨论，该小组同学发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因．
【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质，甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生．为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，将该气体通过如图的检验装置，正确的连接顺序是C→D→E→C（C→D→C→E→C）（选填字母，装置可重复使用）．

Answer 1

分析 【提出问题】熟记碳还原氧化铁的化学反应式；
【进行实验】②根据可燃性气体与空气混合加热时有爆炸的危险考虑；
【实验现象】根据氧化铁是红色，铁粉是黑色分析判断现象；
【交流与反思】根据实验完成后还要考虑分离出所要得到的物质考虑；
【完善实验】根据澄清石灰水可以检验二氧化碳、氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以还原氧化铜并生成二氧化碳气体考虑；

解答 解：【提出问题】一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：3C+2Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂；
【进行实验】为防止一氧化碳与空气混合加热时，引起爆炸，在实验前要先通入CO；
【实验现象】因氧化铁是红色，铁粉是黑色，B中的氧化铁被完全还原后，由红色变成黑色．此时由于A中的氧化铁还没有被完全还原，仍有红色物质；
【完善实验】为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，澄清石灰水可以检验二氧化碳、氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以还原氧化铜并生成二氧化碳气体，所以先用C检验二氧化碳的存在，为防止二氧化碳影响实验的结论，再用D中的氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，再次连接C检查二氧化碳是否被完全吸收；然后将气体通过E，并再次连接C，如果氧化铜由黑色变成红色，C中的澄清石灰水变浑浊，说明有一氧化碳气体．因有一氧化碳存在，要进行尾气处理，而图中缺少此装置．
故答案：
【提出问题】3C+2Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂
【进行实验】通入CO；      
【实验现象】红色变为黑色；
【完善实验】C→D→E→C（ C→D→C→E→C ）．

点评 本题以实验探究的形式考查化学反应式的书写、实验中的注意事项、以及不用碳还原氧化铁的原因，还有相关的拓展实验，可谓考查详尽，即考查了知识，又培养了学生的细心、耐心分析解决问题的能力．