Question

8．某化學(xué)興趣小組同學(xué)探究鐵的冶煉相關(guān)問題，請(qǐng)按要求回答下列問題．

（一）圖1是工業(yè)煉鐵的主要裝置，圖2是實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵的裝置
（1）圖1設(shè)備的名稱是高爐．
（2）工業(yè)煉鐵在生產(chǎn)過程中需將鐵礦石、焦炭、石灰石粉碎，其目的是增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分，加快反應(yīng)速度．加入的焦炭作用除了可以生成一氧化碳外，還能制取一氧化碳．
（3）寫出以赤鐵礦為原料在高溫下制取鐵的化學(xué)方程式：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（二）如圖2為實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)煉鐵裝置圖：已知B裝置中的液體為過量的氫氧化鈉與氫氧化鈣混合液，氫氧化鈉吸收二氧化碳能力比氫氧化鈣強(qiáng)．如果實(shí)驗(yàn)成功，請(qǐng)回答下列問題：
（1）圖中儀器②的名稱為集氣瓶．
（2）實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象：A中紅色粉末逐漸變成黑色、B中澄清的石灰水變渾濁．
（3）該實(shí)驗(yàn)的操作步驟：badc．（填序號(hào)）
a．點(diǎn)燃A處酒精燈    b．通入CO氣體    c．停止通入CO氣體   d．熄滅酒精燈．
（4）興趣小組同學(xué)們采集了用熱分析儀記錄的CO與Fe₂O₃進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)，并得到固體質(zhì)量與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線．已知原固體質(zhì)量為48.0g，如圖3所示．
①根據(jù)圖象分析，寫出B點(diǎn)時(shí)固體成分的化學(xué)式Fe．
②若A點(diǎn)生成物為一成分固定的化合物，請(qǐng)確定其化學(xué)式是Fe₃O₄（寫出計(jì)算過程）．寫出氧化鐵生成該物質(zhì)的化學(xué)方程式為CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．
（5）若某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)過量的混合液溶液增重0.55g．則儀器①中固體減輕的質(zhì)量為0.2g．
（6）實(shí)驗(yàn)裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有ABC（填序號(hào)字母）．
A．收集一氧化碳　　　　 B．吸收二氧化碳　　　　 C．檢驗(yàn)二氧化碳．

Answer 1

分析 （一）
（1）根據(jù)煉鐵的主要設(shè)備是高爐進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)增大反應(yīng)物的接觸面積，可以加快反應(yīng)速率，二氧化碳和碳高溫會(huì)生成一氧化碳進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳進(jìn)行分析；
（二）
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室常用儀器的名稱和題中所指儀器的作用進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下會(huì)生成鐵和二氧化碳，二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)會(huì)生成碳酸鈣沉淀和水進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)一氧化碳和空氣的混合氣點(diǎn)燃，可能發(fā)生爆炸，熱的鐵會(huì)重新氧化等知識(shí)進(jìn)行分析；
（4）通過分析資料確定，800℃時(shí)氧化鐵和一氧化碳進(jìn)行反應(yīng)的產(chǎn)物；
根據(jù)質(zhì)量變化分析生成物，再寫出化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)混合溶液增加的質(zhì)量是二氧化碳質(zhì)量，儀器①中減少的是氧元素的質(zhì)量進(jìn)行分析；
（6）根據(jù)氫氧化鈉、氫氧化鈣會(huì)與二氧化碳反應(yīng)，一氧化碳有毒，需要處理進(jìn)行分析．

解答 解：（一）
（1）煉鐵的主要設(shè)備是高爐；
（2）增大反應(yīng)物的接觸面積，可以加快反應(yīng)速率，所以工業(yè)煉鐵在生產(chǎn)過程中需將鐵礦石、焦炭、石灰石粉碎，其目的是：增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分，加快反應(yīng)速度，二氧化碳和碳高溫會(huì)生成一氧化碳，所以加入的焦炭作用除了可以生成一氧化碳外，還能制取一氧化碳；
（3）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（二）
（1）通過分析題中所指儀器的作用可知，②是集氣瓶；
（2）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下會(huì)生成鐵和二氧化碳，二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)會(huì)生成碳酸鈣沉淀和水，所以實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象：A中紅棕色固體變成黑色，B中澄清的石灰水變渾濁；
（3）一氧化碳和空氣的混合氣點(diǎn)燃，可能發(fā)生爆炸，熱的鐵會(huì)重新氧化，所以需要先通一氧化碳，將空氣排盡，然后加熱，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先撤酒精燈，在停止通一氧化碳，正確的順序?yàn)椋篵adc；
（4）由鐵的氧化物有：FeO、Fe₃0₄、Fe₂O₃，在一定的條件下，均能夠逐步失去其中的氧，最終被還原為鐵，可知在800℃以上時(shí)，管內(nèi)固體質(zhì)量不再減少，說明只有鐵了；
48gFe₂O₃樣品中Fe的質(zhì)量為：48 g×$\frac{2×56}{2×56+3×16}$=33.6g
剩余黑色固體中氧元素的質(zhì)量=46.4克-33.6克=12.8克
黑色固體中Fe、O元素的個(gè)數(shù)比為：$\frac{33.6}{56}$：$\frac{12.8}{16}$=3：4
∴固體B的化學(xué)式為：Fe₃O₄
化學(xué)方程式：CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₃O₄+CO₂；
（5）混合溶液增加的質(zhì)量是二氧化碳質(zhì)量，儀器①中減少的是氧元素的質(zhì)量
二氧化碳中氧元素的質(zhì)量為：0.55g×$\frac{32}{44}$=0.4g，二氧化碳中有一個(gè)氧原子來自金屬氧化物，所以儀器①中固體減輕的質(zhì)量為0.2g；
（6）氫氧化鈉、氫氧化鈣會(huì)與二氧化碳反應(yīng)，一氧化碳有毒，需要處理，所以實(shí)驗(yàn)裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有：收集一氧化碳，吸收二氧化碳，檢驗(yàn)二氧化碳，故選：ABC．
故答案為：（一）
（1）高爐；
（2）增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分，加快反應(yīng)速度；制取一氧化碳；
（3）3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（二）
（1）集氣瓶；  
（2）紅棕色固體變成黑色，澄清的石灰水變渾濁；
（3）badc；    
（4）①Fe；
②Fe₃O₄，CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₃O₄+CO₂；
（5）0.2；
（6）ABC．

點(diǎn)評(píng) 解答本題關(guān)鍵是要知道從題目中提取有用信息，熟悉化學(xué)方程式的書寫步驟，鍛煉了學(xué)生分析問題解決問題的能力．