Question

化学在自然资源开发和利用中具有十分重要的意义和作用，如对于金属矿物的冶炼就是其中一个重要方面．某研究性学习小组在实验室利用磁铁矿石（主要成份为Fe₃O₄）研究金属的冶炼．请你帮助计算或分析实验中存在的有关问题．
（1）计算：磁铁矿石中Fe₃O₄的质量分数为76.0%，SiO₂的质量分数为11.0%，其余均为不含铁的易溶于水的杂质，若要冶炼出5g铁，需要这种矿石多少克？
（2）同学们称好所需质量的矿石后，老师建议他们在冶炼前，先除去矿石中的杂质，以提高矿石中有用成份的含量．请你帮他们设计一个简单的实验方案除去矿石中存在的杂质．
（3）实验室常用CO、H₂等做还原剂来炼铁，同学们经过讨论后，决定采用H₂做还原剂来炼铁，你认为他们不采用CO做还原剂的原因可能是什么？
（4）做好准备工作后，同学们开始用H₂还原磁铁矿石．实验中发现反应速率比较慢．请你写出反应的化学方程式，并提出两项能加快该反应速率的措施．

Answer 1

考点：化学方程式的有关计算,物质的量浓度的计算

专题：计算题

分析：（1）根据化合物中某元素的质量=该化合物的质量×该元素的质量分数，进行分析解答；
（2）磁铁矿石中Fe₃O₄的质量分数为76.0%，SiO₂的质量分数为11.0%，根据四氧化三铁和二氧化硅以及其它杂质的性质差异分析解答；
（3）一氧化碳为有毒气体，氢气为清洁还原剂，且氧化产物为水；
（4）氢气和四氧化三铁反应生成铁和水，根据影响化学反应速率的常见因素分析解答；

解答： 解：（1）磁铁矿石中Fe₃O₄的质量分数为76.0%，冶炼出5g铁，这种矿石中铁元素的质量等于5克，化合物中某元素的质量=该化合物的质量×该元素的质量分数=m（矿石）×76.0%×

3×56

3×56+4×16

×100%=5g，
解得m（矿石）=9g，
答：需要这种矿石9克；
（2）磁铁矿石中Fe₃O₄的质量分数为76.0%，SiO₂的质量分数为11.0%，其余均为不含铁的易溶于水的杂质，在冶炼前，首先除去矿石中的杂质SiO₂，因Fe₃O₄与碱不反应，SiO₂与碱反应SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂0，所以将矿石溶解于过量的氢氧化钠溶液中，充分反应后过滤，并用适量水洗涤不溶物2～3次，然后将沉淀物置于蒸发皿中烘干即得纯净的矿石，
答：将矿石溶解于过量的氢氧化钠溶液中，充分反应后过滤，并用适量水洗涤不溶物2～3次，然后将沉淀物置于蒸发皿中烘干即得纯净的矿石；
（3）一氧化碳是有毒气体，在实验操作中，容易泄漏而污染周围环境，而采用氢气时产物为水，即使有少量泄漏，也不会污染周围环境，用CO、H₂等做还原剂来炼铁，用H₂做还原剂来炼铁环保安全，
答：可能是因为一氧化碳是有毒气体，在实验操作中，容易泄漏而污染周围环境，而采用氢气时，即使有少量泄漏，也不会污染周围环境；
（4）氢气和四氧化三铁反应Fe₃O₄+4H₂

高温  .

3Fe+4H₂O，加快该反应速率，可通过升高温度，增加单位体积内的活化分子数，有效碰撞增加，加快反应速率，增大氢气的浓度，增加活化分子数，有效碰撞增加，加快反应速率，
答：Fe₃O₄+4H₂

高温  .

3Fe+4H₂O；增大氢气的浓度、升高温度．

点评：本题主要考查了有关磁铁矿石的计算、实验方案的设计，注意反应原理的把握，注意Fe₃O₄的性质以及影响化学反应速率的常见因素，题目难度中等．