题目内容
【题目】钢铁工业是国家工业的基础。
I．右图是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图，根据图示回答下列问题。
若右图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，请写出A区所发生主要反应的化学方程式： 。
II．化学兴趣小组同学在实验室里利用碳和氧化铁反应模拟炼铁，得到了无色气体A和黑色粉末B，并探究两者的成分。
（一）甲组同学对无色气体A的成分进行探究。
【猜想与假设】
猜想1：A中只有CO2； 猜想2：A中只有CO； 猜想3：A中有CO2和CO。
【实验验证】
甲组同学按如下图示进行实验（箭头表示气体流向，NaOH溶液的作用是除去气体中的CO2）。
【讨论交流】
实验证实猜想3正确，则：
（1）Ⅰ中澄清石灰水的作用是________，能证明猜想3成立的现象是_____ 。
（2）Ⅲ中反应的化学方程式_____________。
（二）乙组同学对黑色粉末B的成分进行探究。
【查阅资料】
①碳（或一氧化碳）还原氧化铁的固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁。
②碳（或一氧化碳）还原氧化铁的产物成分与反应温度、反应时间等因素有关。
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 |
【初步实验与猜想】
①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 。
②进行猜想：黑色固体粉末可能是：
猜想一：全部是Fe；猜想二：全部是Fe3O4；猜想三：是__________。
【进一步实验】该小组按右图装置设计实验，在一定温度下进行了实验，测得下列数据：
①应前称取5.8 g黑色粉末B加入玻璃管内 （玻璃管的质量为60.0g）
②充分反应后管内固体全部是铁，玻璃管和管内固体的总质量64.2g（已冷却到室温）。
【得出结论】根据上述数据，经计算得出该黑色粉末B是 。
【反思与评价】碳（或一氧化碳）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。
【答案】Ⅰ．3CO+Fe2O3
2Fe+3CO2Ⅱ．（一）（1）检验CO2 Ⅰ中澄清石灰水变浑浊，Ⅲ中黑色固体变为红色（或I、Ⅳ中澄清石灰水均变浑浊）（2）CO+CuO
Cu+CO2
（二）【初步实验与猜想】①化亚铁（或FeO） ②Fe和Fe3O4的混合物
【得出结论】Fe3O4
【解析】
试题分析：Ⅰ．高炉炼铁的原理是一氧化碳还原氧化铁，生成的是铁和二氧化碳：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；
【讨论交流】
（1）二氧化碳可用除去石灰水检验；一氧化碳可利用其还原性进行检验，为了避免二氧化碳的一氧化碳检验的干扰，故检验一氧化碳前要先把二氧化碳除去。故装置1的作用是检验气体A中是否含有二氧化碳；装置2的作用是吸收气体中的二氧化碳；装置3和4检验一氧化碳的存在；若气体A中有二氧化碳和一氧化碳，那么1中的澄清石灰水会变浑浊，Ⅲ中黑色固体变为红色，4中的澄清石灰水变浑浊；
（2）Ⅲ中发生的反应是一氧化碳还原氧化铜，生成的是铜和二氧化碳：CO+CuO
Cu+CO2；
【初步实验与猜想】根据资料可知，氧化铁是红色的，故不可能是氧化铁；氧化亚铁不能被磁铁吸引，故也不可能是氧化亚铁；故该黑色粉末可能是铁，也可能是四氧化三铁，还可能是Fe和Fe3O4的混合物；
【得出结论】充分反应后管内固体全部是铁，玻璃管和管内固体的总质量64.2g，
那么铁的质量= 64.2g-60g=4.2g ；若黑色固体全部是四氧化三铁，
那么四氧化三铁的质量=4.2g÷168／232 ×100% =5.8g 。而应前称取的黑色粉末的质量恰好为5.8 g，故黑色只有四氧化三铁。
挑战100单元检测试卷系列答案
