Question

12．鐵在生產(chǎn)生活中應用十分廣泛．鐵的冶煉和利用已成為目前科學研究和技術(shù)領域中的重要課題．
一、生活中使用的防寒熱帖利用了鐵生銹原理，其工作過程中實現(xiàn)了由化學能轉(zhuǎn)化為熱能．
二、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，利用焦炭和氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來，得到鐵合金．一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（1）甲同學為探究鐵合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)，先后進行了四次實驗（雜質(zhì)不與稀硫酸反應），實驗數(shù)據(jù)如下表：

	第一次	第二次	第三次	第四次
所取合金的質(zhì)量∕g	10	10	20	30
所加稀硫酸的質(zhì)量∕g	100	120	80	X
生成氫氣的質(zhì)量∕g	0.3	0.3	0.3	Y

請回答：上表第四次實驗中合金力的鐵恰好與稀硫酸完全反應，則Y=0.9g，該鐵合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)是多少（寫出計算過程）？84%
（2）乙同學提出單質(zhì)碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑，為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？于是，他模擬工業(yè)煉鐵設計如下對比實驗（查閱資料獲知NaOH溶液可吸收CO₂氣體）；
①取兩份相同質(zhì)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的硬質(zhì)試管總；另一份放入下圖裝置B的硬質(zhì)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，先通CO（選填“通CO”或“加熱”）；實驗結(jié)束后，繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫．

此時，發(fā)現(xiàn)裝置B的硬質(zhì)玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏�，裝置A的硬質(zhì)試管中仍有紅色固體．因而他認為焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，不易完全反應時工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因．
（3）丙同學經(jīng)過查閱資料發(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，試寫出其中的一個生鐵和焦炭都是固體，不易分離．
（4）丁同學利用圖B裝置，取不同質(zhì)量的鐵的氧化物進行實驗．所得實驗數(shù)據(jù)如下：

實驗序號	鐵的氧化物質(zhì)量/g	生成鐵的質(zhì)量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

從上表可以看出進行第2次實驗時，所得數(shù)據(jù)十分不可靠，故舍去．請分析造成此種結(jié)果的原因主要可能是反應時間太短．

Answer 1

分析 根據(jù)化學反應中能量的轉(zhuǎn)化分析解答，根據(jù)反應物和生成物以及反應的條件書寫反應的化學方程式，根據(jù)表格分析生鐵和稀硫酸反應的質(zhì)量關系；根據(jù)化學方程式計算即可．

解答 解：一、生活中使用的防寒熱貼利用了鐵生銹原理，鐵生銹過程中實現(xiàn)了由化學能轉(zhuǎn)化為熱能，故填：熱．
二、一氧化碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（1）根據(jù)表格提供的數(shù)據(jù)可以看出，10g合金與80g硫酸是恰好完全反應，故上表第四次實驗中合金里的鐵恰好與稀硫酸完全反應，則30g合金生成氫氣的質(zhì)量為0.9g；
設鐵的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56              2
x              0.9g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.9g}$
x=25.2g
該鐵合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{25.2g}{30g}$=84%；
故填：0.9，84%；
（2）碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑，故填：2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑；
②裝置A和B兩組實驗同時開始進行．在裝置B的發(fā)應中，實驗開始前，先通CO，排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時產(chǎn)生爆炸；
一氧化碳能與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，會觀察到裝置B的硬質(zhì)玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏�；故填：通CO，紅，黑；
（3）工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的原因還與焦炭的狀態(tài)有關，生鐵和焦炭都是固體，不易分離，故填：生鐵和焦炭都是固體，不易分離．
（4）丁同學利用圖B裝置，取不同質(zhì)量的鐵的氧化物進行實驗．所得實驗數(shù)據(jù)如下：

實驗序號	鐵的氧化物質(zhì)量/g	生成鐵的質(zhì)量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

進行第2次實驗時，所得數(shù)據(jù)過大，十分不可靠．造成此種結(jié)果的原因主要可能是反應時間太短，氧化鐵沒有全部被還原，故填：反應時間太短．

點評 本題考查的是煉鐵的原理的知識，完成此題，可以依據(jù)已有的物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)合題干進行即可．