Question

鋼鐵是重要的金屬材料，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中應用非常廣泛．
Ⅰ．鐵的冶煉
工業(yè)煉鐵的原理是高溫下用CO作還原劑，將鐵從氧化物中還原出來．請回答下列問題：
（1）高爐煉鐵中，焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外，還能

 

；
（2）某鋼鐵廠每天消耗5000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，該廠理論上可日產(chǎn)含鐵98%的生鐵的質量是多少？
Ⅱ．實驗探究煉鐵原理
某化學興趣小組在實驗室中模擬工業(yè)煉鐵的原理，并探究CO與Fe₂O₃反應后的產(chǎn)物．
通過查閱資料知道：①草酸（H₂C₂O₄）固體與濃硫酸混合加熱會產(chǎn)生一氧化碳，反應方程式為：H₂C₂O₄

濃硫酸  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O．
②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反應方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O
③常溫下，Ca（OH）₂微溶于水；
于是他設計了如圖1的實驗裝置，結合裝置回答下列問題

（1）圖1A是用固體草酸和濃硫酸制取CO的反應裝置，你認為應選擇圖2中的

 

（填裝置編號）；

（2）圖1中裝置C、D的作用分別是

 

、

 

；
（3）為了證明產(chǎn)物中有二氧化碳，裝置F中的試劑應該是少量的澄清石灰水，該反應的化學方程式為

 

；
（4）該裝置設計有一個明顯缺陷，你認為是

 

．
（5）實驗時準確稱取一定質量純凈的Fe₂O₃固體按圖1進行實驗，當E中固體全部變黑后，繼續(xù)通入CO直到玻璃管冷卻．將得到黑色的固體加入到足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生．
查閱資料：a．鐵的氧化物在足量的稀鹽酸中均能全部溶解．
b．Fe₂O₃與CO反應的固體生成物可能情況如下：
Fe₂O₃

400℃-500℃

Fe₃O₄

500℃-600℃

FeO

700℃-800℃

Fe
根據(jù)“無氣泡”猜想，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②

 

③

 

．
（6）定量分析用電子天平稱量得部分數(shù)據(jù)如下：

	玻璃管質量	玻璃管及其中固體的質量	裝置F及其中物質的總質量
反應前	28.20g	33.00g	300.0g
反應后		32.84g	300.4g

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，請選擇有效的數(shù)據(jù)，推斷出反應后黑色固體的成分．（寫出計算過程）

Answer 1

考點：鐵的冶煉,常見氣體的檢驗與除雜方法,二氧化碳的檢驗和驗滿,酸的化學性質,根據(jù)化學反應方程式的計算

專題：金屬與金屬材料

分析：Ⅰ、焦炭燃燒放出熱量；利用赤鐵礦石的質量與赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)和生鐵中鐵的質量分數(shù)，根據(jù)氧化鐵與一氧化碳反應的化學方程式，可以計算出生鐵的質量．
Ⅱ、（1）根據(jù)反應條件和反應物狀態(tài)選擇發(fā)生裝置；
（2）用氫氧化鈣溶液驗證二氧化碳氣體，濃硫酸具有吸水性，常用來干燥氣體；
（3）用氫氧化鈣溶液驗證二氧化碳氣體；
（4）一氧化碳有毒，可據(jù)其可燃性進行處理后變成無害物質再排放．
（5）根據(jù)反應現(xiàn)象分析．
（6）純凈的Fe₂O₃固體質量=玻璃管及其中固體的質量-玻璃管質量，根據(jù)玻璃管及其中固體的質量的變化推算反應后黑色固體的成分．

解答：解：Ⅰ、（1）加入焦炭，其作用除了可以生成一氧化碳外，還能提供熱量；故填：提供熱源，維持爐溫；
（2）解：設日產(chǎn)含F(xiàn)e 98%的生鐵的質量為x．
    Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂
     160          112
5000t×80%       x×98%

160

112

=

5000t

x×98%

x=2857t
答：理論上可日產(chǎn)含含鐵98%的生鐵的質量為2857t．
Ⅱ、（1）草酸（H₂C₂O₄）與濃硫酸混合加熱會產(chǎn)生一氧化碳，反應物均為液體，且需要加熱，所以選擇發(fā)生裝置丁；故填：��；
（2）裝置C證明CO₂是否已經(jīng)除盡；濃硫酸具有吸水性，常用來干燥氣體；故填：證明CO₂是否已經(jīng)除盡；吸收水分；
（3）澄清的石灰水可以用來驗證二氧化碳氣體；方程式為：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；故填：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）一氧化碳有毒，不能直接排放．缺少尾氣處理裝置；故填：缺少尾氣處理裝置；
（5）加入足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，但無氣泡產(chǎn)生，說明沒有鐵生成，這樣就是Fe₃O₄和FeO的組合了，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
故填：FeO；Fe₃O₄和FeO；
（6）純凈的Fe₂O₃固體質量為：33.00g-28.20g=4.80g，其中鐵元素的質量為4.80g×

112

160

×100%=3.36g，氧元素的質量為4.80g-3.36g=1.44g；反應后損失的氧元素的質量為33.00g-32.84g=0.16g，所以設反應后黑色固體Fe_xO_y，則鐵元素：氧元素=56x：16y=3.36g：（1.44g-0.16g）；解得x：y=3：4．
故反應后黑色固體是Fe₃O₄．
故填：Fe₃O₄．

點評：此題是對煉鐵知識的考查，解決的關鍵是知道煉鐵的原理、原料及過程，題目綜合性較強．