Question

全世界每年被腐蝕損耗的鋼鐵材料約占全年鋼鐵產(chǎn)量的十分之一．下面是對鐵
的腐蝕條件及廢鐵的回收冶煉的探究．
問題一：探究鐵生銹的條件
課本實驗中，鐵生銹所需要時間較長，某實驗小組設(shè)計如下改進實驗．

（1）4分鐘后觀察：A處鐵絲依然光亮，B處鐵絲表面灰暗，D處鐵絲依然光亮．該實驗說明鐵生銹主要與

 

和

 

有關(guān)．
（2）B、D處實驗現(xiàn)象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是

 

．
問題二：廢鐵的回收冶煉
目前全球鋼鐵產(chǎn)量的45%是通過對廢鋼鐵的冶煉來完成的，我國的金屬廢料的回收利用技術(shù)已達到國際水平．
已知在不同的溫度下，CO與鐵的氧化物反應能生成另一種鐵的氧化物（或鐵單質(zhì)）和
CO₂．現(xiàn)利用如圖1的實驗裝置進行實驗，反應中管內(nèi)的固體質(zhì)量隨溫度的變化曲線如圖2．


（1）利用圖1顯示的相關(guān)信息，回答如下問題．
①圖1中的儀器甲是一種加熱儀器．查閱資料發(fā)現(xiàn)，酒精燈加熱時玻璃管的受熱溫度是400～500℃，酒精噴燈加熱時玻璃管的受熱溫度是800～1200℃．實驗室要利用圖1來制取金屬鐵，儀器甲應選用的加熱儀器是

 

（填“酒精燈”或“酒精噴燈”）；
②加熱Fe₂O₃之前要先通一會兒CO，目的是

 

③方框中進行尾氣處理，a連接的是如圖3裝置，導管接口的連接順序為a→

 

→

 

→e，如果導管連接錯誤，后果是

 

④用這種方法“煉”得的鐵與工業(yè)上煉出的生鐵在組成上的最大區(qū)別是

 

．

（2）利用圖2顯示的相關(guān)信息，回答如下問題．
為確定A、B、C點固體的合理化學式，某化學興趣小組作了如下探究：
【查閱資料】
資料一：Fe₂O₃和CO反應是逐步進行的，鐵的氧化物的熱穩(wěn)定性順序是FeO（黑色）＞Fe₃O₄＞Fe₂O₃；
資料二：在用酒精燈加熱（400℃-600℃）條件下，CO很難和Fe₂O₃反應生成Fe；
資料三：Fe₂O₃、FeO不能被磁鐵吸引，F(xiàn)e₃O₄和Fe能被磁鐵吸引；
【實驗探究】

實驗方案	實驗現(xiàn)象
分別取少量A、B、C點固體用磁鐵感應，然后加入硫酸銅溶液中	A點固體可被磁鐵感應，硫酸銅溶液中無任何現(xiàn)象
	B點固體不可被磁鐵感應，硫酸銅溶液中無任何現(xiàn)象
	C點固體可被磁鐵感應，硫酸銅溶液中有紅色固體出現(xiàn)

【問題討論】
①在0～400℃溫度范圍內(nèi)，管內(nèi)固體質(zhì)量不變，其原因是

 

．
②A點固體的化學式是

 

．
③寫出反應生成B點固體的化學方程式：

 

④圖中x=

 

g．
⑤將5.6g鐵與94.6g稀鹽酸恰好完全反應反應，得到的溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為多少？（寫計算過程）（2分）

Answer 1

考點：探究金屬銹蝕的條件,金屬的化學性質(zhì),一氧化碳還原氧化鐵,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式,根據(jù)化學反應方程式的計算

專題：科學探究

分析：問題一：根據(jù)已有的知識進行分析解答，過氧化氫在二氧化錳的催化作用下能分解生成水和氧氣，鐵在與水和氧氣并存時易生銹，據(jù)此解答；
問題二：根據(jù)已有的知識進行分析，一氧化碳是可燃性氣體，與氧氣或空氣混合達到一定程度時遇明火會發(fā)生爆炸，根據(jù)反應物和生成物及其質(zhì)量守恒定律可以生銹化學方程式．實驗室煉出的鐵不含有碳，工業(yè)上煉出的鐵含有碳．
【問題討論】
根據(jù)該實驗流程為：一氧化碳與氧化鐵在解熱的條件下，隨著溫度的升高，氧化鐵中的氧逐漸失去，最后得到單質(zhì)鐵解答．
根據(jù)鐵的質(zhì)量可以計算反應的氯化氫的質(zhì)量、生成氯化亞鐵的質(zhì)量和氫氣的質(zhì)量，進一步可以計算原鹽酸溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)和反應后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)．

解答：解：
問題一：
（1）過氧化氫在二氧化錳的催化作用下能分解生成水和氧氣，B處的鐵絲與氧氣充分接觸，在短時間內(nèi)變暗，說明說明鐵生銹主要與氧氣和水有關(guān)；
（2）B、D處實驗現(xiàn)象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是與氧氣的濃度有關(guān)；
問題二：
①觀察圖2中的數(shù)據(jù)，當溫度達到700℃時氧化鐵才開始被一氧化碳還原為鐵，而酒精燈的溫度范圍只是400～500℃，所以應該選擇酒精噴燈．
②一氧化碳是可燃性氣體，與氧氣或空氣混合達到一定程度時遇明火會發(fā)生爆炸．所以本題答案為：排盡玻璃管中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；
③從a中排出的二氧化碳和一氧化碳氣體應該從d進入氫氧化鈉溶液中，這樣既能吸收二氧化碳氣體，又能收集一氧化碳氣體．
故填：dbe．
如果導管連接錯誤，CO會排入空氣中從而污染空氣．
故填：CO會排入空氣中從而污染空氣．
④一氧化碳還原氧化鐵反應生成的是鐵和二氧化碳，而工業(yè)上使用碳還原氧化鐵，會使生成的鐵中含有碳，生成的鐵能被磁鐵吸引，所以本題答案為A中煉得的鐵不含碳，工業(yè)上煉得鐵含有碳；
【問題討論】
①在0～400℃溫度范圍內(nèi)，根本達不到反應所需的最低溫度，所以氧化鐵的質(zhì)量并未改變．
故答案為：未達到反應所需的最低溫度．
②A點固體可被磁鐵感應，硫酸銅溶液中無任何現(xiàn)象，說明有四氧化三鐵；
③B點固體不可被磁鐵感應，硫酸銅溶液中無任何現(xiàn)象，說明有氧化亞鐵，反應生成B點固體的化學方程式為：Fe₃O₄+CO

高溫  .

3FeO+CO₂；
④從400℃開始，隨著溫度的升高，氧化鐵中的氧開始逐漸失去，到700℃時只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質(zhì)．
⑤解：設(shè)反應生成的氯化亞鐵質(zhì)量為x，生成氫氣的質(zhì)量為y
 Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，
 56        127  2
5.6g        x   y

56

5.6g

=

127

x

=

2

y

x=12.7g，y=0.2g，
反應后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為：

12.7g

5.6g+94.6g-0.2g

×100%=12.7%
答案：
問題一：
（1）氧氣   水
（2）氧氣的濃度
問題二：
①酒精噴燈
②排盡玻璃管中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸
③db   CO會排入空氣中從而污染空氣
④A中煉得的鐵不含碳，工業(yè)上煉得鐵含有碳
【問題討論】
①未達到反應所需的最低溫度
②Fe₃O₄
③Fe₃O₄+CO

高溫  .

3FeO+CO₂
④1.68
⑤得到的溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為12.7%

點評：本題考查了鐵銹蝕的條件，完成此題，可以依據(jù)已有的知識進行．解答本題要掌握爆炸的含義、處理尾氣的方法、化學方程式的書寫方法和煉鐵的原理等方面的知識，只有這樣才能對問題做出正確的判斷．