Question

（11分）鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為                                     。某化學興趣小組同學在學習煉鐵的相關內容時，對煉鐵時還原劑的選擇進行了如下探究。
【提出問題】
單質碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為                    。
為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？
【猜想與假設】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應不易完全。
【查閱資料】氫氧化鈉溶液和澄清石灰水化學性質類似，能與二氧化碳反應，但反應無明顯現(xiàn)象。
【進行實驗】實驗步驟及注意事項如下：
①稱取兩份相同質量的氧化鐵粉末。一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的試管中；另一份放入下圖裝置B的玻璃管中。
②裝置A和B兩組實驗同時開始進行。在裝置B的反應中，實驗開始前應先        
（選填“通CO”或“加熱”）； 實驗結束后應繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是                                            。

【實驗現(xiàn)象】當裝置B的玻璃管中固體完全由                時（選填“紅色變?yōu)楹谏�”或“黑色變�(yōu)榧t色”），裝置A的試管中仍有                        。
【解釋與結論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應確實不易完全，這可能是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因。
【交流與反思】經(jīng)過查閱資料和討論，該小組同學發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個：            。
【完善實驗】聯(lián)想到單質碳的一些化學性質，甲同學認為在碳還原氧化鐵的反應中可能還會有CO產(chǎn)生。為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，將該氣體通過下圖的檢驗裝置，正確的連接順序是                  （選填字母，裝置可重復使用）。經(jīng)過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO₂，因此裝置A的不足之處是                                      。

Answer 1

①3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂ （2分）
【提出問題】②3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑（2分）
【進行實驗】③通CO （1分）④防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化（2分）
【實驗現(xiàn)象】⑤紅色變?yōu)楹谏?（1分）   ⑥仍有紅色物質（1分）
【交流與反思】⑦焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應生成一氧化碳的同時放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源）（合理即可）（2分）
【完善實驗】⑧C→D→C→E→C  （2分）⑨缺少尾氣處理裝置（2分）

試題分析：一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂ ；
【提出問題】碳還原氧化鐵的化學方程式為3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑；
【進行實驗】②在裝置B的反應中，實驗開始前應先通CO，實驗結束后應繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是：防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化。
【實驗現(xiàn)象】當裝置B的玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏�，裝置A的試管中仍有紅色物質。
【交流與反思】工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，如焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應生成一氧化碳的同時放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源）（合理即可）
【完善實驗】為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，將該氣體通過圖中的檢驗裝置，正確的連接順序是C→D→C→E→C；經(jīng)過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO₂，因此裝置A的不足之處是缺少尾氣處理裝置，因為一氧化碳有毒，不能直接排入空氣中。
點評：書寫化學方程式要遵循客觀事實和質量守恒定律兩個原則，注意化學式要正確，不要忘記反應條件、氣體或者沉淀符號。
一氧化碳有還原性，可以還原氧化鐵中的鐵，一氧化碳有毒，不能直接排入空氣，防止污染空氣。