Question

鋼鐵工業(yè)是國(guó)家工業(yè)的基礎(chǔ)．
（1）如圖1是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學(xué)變化過程示意圖，根據(jù)圖示回答下列問題．若圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請(qǐng)寫出A區(qū)和B區(qū)所發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：A區(qū)

Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂

；B區(qū)

C+O₂

高溫  .

CO₂

，

，CO₂+C

高溫  .

2CO

；
焦炭作用是

提供熱量

、

制取CO、

；
（2）某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬煉鐵化學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)，對(duì)固體產(chǎn)物成分等進(jìn)行探究．
[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2．
[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]該小組按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量64.2g（冷卻到室溫稱量）
[分析與討論]本實(shí)驗(yàn)中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．袁超同學(xué)認(rèn)為該黑色固體全部是鐵，但姜宇同學(xué)提出了質(zhì)疑，于是大家提出查閱資料．
[查閱資料]
①一氧化碳還原氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)．
②一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)過程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
③見右表

物質(zhì)性質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

[實(shí)驗(yàn)與猜想]①該小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和

氧化亞鐵

．
②進(jìn)行猜想：黑色固體粉末可能a．全部為鐵     b．

全部為四氧化三鐵

  c．

四氧化三鐵與鐵粉的混合物

．
[得出結(jié)論]通過實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出黑色固體粉末為（寫名稱）

鐵

．
[反思與評(píng)價(jià)]①一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間．
②實(shí)驗(yàn)裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有

A、C

．
A．收集一氧化碳     B．檢驗(yàn)二氧化碳     C．吸收二氧化碳．
③若該小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，若它是四氧化三鐵、鐵混合物，必須具備的條件是：反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量范圍（冷卻到室溫稱量）

大于64.2g，小于65.8g

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)A區(qū)主要生成鐵B區(qū)主要生成一氧化碳分析發(fā)生的反應(yīng)，寫出反應(yīng)的方程式；根據(jù)煉鐵的原理分析焦炭的作用；
（2）[實(shí)驗(yàn)與猜想]①根據(jù)題意黑色固體粉末全部能被吸引分析不可能含有的物質(zhì)；
②根據(jù)鐵和四氧化三鐵都是黑色、都能被磁鐵吸引，對(duì)黑色粉末進(jìn)行猜想．
[得出結(jié)論]根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量，可求出鐵的質(zhì)量和含有的氧元素的質(zhì)量，再根據(jù)減少的質(zhì)量分析黑色固體粉末的成分．
[反思與評(píng)價(jià)]②根據(jù)一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣和二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)分析．
③利用極值法計(jì)算分析，假設(shè)全部是鐵，可求出鐵的質(zhì)量，再假設(shè)全部是四氧化三鐵，再求出四氧化三鐵的質(zhì)量，應(yīng)介于二者之間．

解答：解：（1）由煉鐵的原理可知，在A區(qū)發(fā)生的反應(yīng)主要是：在高溫條件下，一氧化碳將氧化鐵還原為鐵同時(shí)生成了二氧化碳，反應(yīng)的方程式是：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；在B區(qū)中，發(fā)生的反應(yīng)主要是碳燃燒生成了二氧化碳，二氧化碳在高溫條件下，與碳反應(yīng)生成了一氧化碳，反應(yīng)的方程式是：C+O₂

高溫  .

CO₂，CO₂+C

高溫  .

2CO；由煉鐵的原理可知，焦炭作用是 提供熱量、制取CO；
（2）①由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
②由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
[得出結(jié)論]由實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，氧化鐵的質(zhì)量為：66.0g-60.0g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素的質(zhì)量為：6g×

16×3

56×2+16×3

×100%=1.8g．則鐵的質(zhì)量為：6g-1.8g=4.2g，如果6g的氧化鐵全部煉成鐵，減少的適量應(yīng)是1.8g，由題意可知，固體減少的質(zhì)量為：66g-64.2g=1.8g，所以，黑色粉末全部是鐵．
[反思與評(píng)價(jià)]②由于一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣，二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)．所以，虛線框內(nèi)的裝置，其作用是收集一氧化碳和吸收二氧化碳．
③假設(shè)生成的產(chǎn)物全部是鐵，由上述分析可知，鐵的質(zhì)量為4.2g．則反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量=60g+4.2g=64.2g；
假設(shè)全是四氧化三鐵，設(shè)生成的四氧化三鐵質(zhì)量是x
CO+3Fe₂O₃

高溫  .

2Fe₃O₄+CO₂
   480        464   
   6g           x

480

464

=

6g

x

  解得  x=5.8g
所以，反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量60g+5.8g=65.8g
由上分析可知，若它是四氧化三鐵、鐵混合物，必須具備的條件是：反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量范圍大于64.2g，小于65.8g．
故答為：（1）Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；C+O₂

高溫  .

CO₂，CO₂+C

高溫  .

2CO；提供熱量，制取CO；
（2）[實(shí)驗(yàn)與猜想]①氧化亞鐵；②全部為四氧化三鐵，四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
[得出結(jié)論]鐵；
[反思與評(píng)價(jià)]A，C；③大于64.2g，小于65.8g．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合性較強(qiáng)，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對(duì)混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，并會(huì)結(jié)合方程式分析即可順利解答．