Question

鐵的冶煉是鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)。
(Ⅰ)右圖是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學(xué)變化過程示意圖，若右圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出B區(qū)和C區(qū)所發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：

(1) B區(qū)                (2) C區(qū)               、               。
(Ⅱ)豎爐煉鐵也是一種重要的煉鐵方法，其工藝流程如下圖所示。

（3）該工藝流程中，甲烷的作用是                、               ，冶煉出的鐵水屬于           （填“純凈物”或“混合物”）。
（4）該工藝流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)是               。
(Ⅲ)金屬在活動性順序里的位置越后，其化合物越不穩(wěn)定，所以它的氧化物越容易被還原。
（5）請在下列①②中各寫一個化學(xué)方程式，③中寫出還原金屬氧化物的方法。

(Ⅳ)某興趣小組同學(xué)利用下圖裝置進(jìn)行相關(guān)實驗,測定樣品的組成：

（6）若樣品由氧化鐵、氧化亞鐵和四氧化三鐵中的一種或幾種組成，待充分反應(yīng)后，實驗數(shù)據(jù)記錄如下：

樣品質(zhì)量	裝置A中玻璃管和固體的總質(zhì)量	裝置B的質(zhì)量
2.32 g	反應(yīng)前55.72 g	反應(yīng)前 281.00 g
	反應(yīng)后55.08 g	反應(yīng)后 281.56 g

請回答下列問題：
①興趣小組同學(xué)經(jīng)過討論后認(rèn)為應(yīng)選用樣品質(zhì)量和裝置A中玻璃管和固體的總質(zhì)量的變化來計算，而不選用裝置B的質(zhì)量的變化來計算，理由是               。
②該樣品所有可能的組成是               。

Answer 1

(I) (1) 3CO+Fe₂O₃^高溫 2Fe+3CO₂
(2) C + O₂^點燃 CO₂     2C + CO₂ ^高溫2CO
(II)（3）燃燒產(chǎn)生熱量、做生產(chǎn)合成氣的原料   混合物
（4）CO₂和H₂O（高溫尾氣）
(III)(5) 2HgO2Hg+O₂↑  C + 2CuO ^高溫 2Cu+ CO₂↑
用金屬還原金屬氧化物
(Ⅳ)(6) 裝置B不能將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂全部吸收
Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO

試題分析：(I)根據(jù)煉鐵高爐的示意圖可知，
(1)B區(qū)主要是生成鐵的反應(yīng)，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CO+Fe₂O₃^高溫 2Fe+3CO₂；
(2) C區(qū)主要是產(chǎn)生一氧化碳的反應(yīng)，共發(fā)生了兩個反應(yīng)，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為C + O₂^點燃 CO₂ ，2C + CO₂ ^高溫2CO。
(II)（3）根據(jù)豎爐煉鐵的流程圖可知，甲烷和氧氣混合氣體進(jìn)入燃燒室，可燃燒為煉鐵提供熱量；另外，還有一部分甲烷進(jìn)入催化反應(yīng)室，和二氧化碳、水等反應(yīng)，可制得合成氣（CO和H₂）。由于在煉鐵的過程中不可避免的會引入一些雜質(zhì)，所以冶煉出的鐵水屬于混合物。
（4）根據(jù)高溫尾氣的成分為二氧化碳和水，它們進(jìn)入催化反應(yīng)室中可以得到合成氣體（一氧化碳和氫氣），而合成氣體進(jìn)入還原反應(yīng)室，與氧化鐵反應(yīng)，又生成了二氧化碳和水，所以可以判斷在該過程中能夠被循環(huán)利用的物質(zhì)為二氧化碳和水。
(III)(5) ①在初中化學(xué)中學(xué)過的能受熱分解的金屬氧化物只有氧化汞，氧化汞受熱分解生成汞和氧氣，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為2HgO2Hg+O₂↑；
②金屬氧化物有很多，最常見的為氧化銅，木炭在高溫條件下還原氧化銅可以生成金屬銅和二氧化碳?xì)怏w，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為C + 2CuO ^高溫 2Cu+ CO₂↑；
③根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的方程式可知，反應(yīng)物和生成物都是一種金屬單質(zhì)和一種金屬氧化物，因此可歸納其反應(yīng)規(guī)律為：用金屬還原金屬氧化物。
(Ⅳ)(6)①由于裝置B中盛有的是澄清石灰水即氫氧化鈣溶液，而氫氧化鈣是微溶于水的物質(zhì)，故澄清石灰水中的氫氧化鈣含量很少，不能將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂全部吸收，所以不選用裝置B的質(zhì)量變化來計算；
②根據(jù)還原反應(yīng)的原理可知，在金屬氧化物與CO的反應(yīng)過程中，金屬氧化物的氧會被奪去，故固體物質(zhì)總質(zhì)量會變小，而變小的質(zhì)量即為金屬氧化物中氧元素的質(zhì)量，結(jié)合表格數(shù)據(jù)可知，氧元素的質(zhì)量=55.72g-55.08g=0.64g，則混合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=27.6%，而Fe₃O₄中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=27.6%，F(xiàn)e₂O₃中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=30%，F(xiàn)eO中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=22.2%；故該樣品所有可能的組成是Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO。
點評：本題考查的知識點較多，主要考查了鐵的冶煉的有關(guān)知識，熟練掌握相關(guān)化學(xué)知識和實驗的原理、現(xiàn)象和注意事項等是解答本題的關(guān)鍵。