Question

鐵的冶煉是鋼鐵工業(yè)的基礎。

(Ⅰ)右圖是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學變化過程示意圖，若右圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出B區(qū)和C區(qū)所發(fā)生主要反應的化學方程式：

(1) B區(qū)                (2) C區(qū)               、               。

(Ⅱ)豎爐煉鐵也是一種重要的煉鐵方法，其工藝流程如下圖所示。

（3）該工藝流程中，甲烷的作用是                、               ，冶煉出的鐵水屬于           （填“純凈物”或“混合物”）。

（4）該工藝流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)是               。

(Ⅲ)金屬在活動性順序里的位置越后，其化合物越不穩(wěn)定，所以它的氧化物越容易被還原。

（5）請在下列①②中各寫一個化學方程式，③中寫出還原金屬氧化物的方法。

(Ⅳ)某興趣小組同學利用下圖裝置進行相關(guān)實驗,測定樣品的組成：

（6）若樣品由氧化鐵、氧化亞鐵和四氧化三鐵中的一種或幾種組成，待充分反應后，實驗數(shù)據(jù)記錄如下：

樣品質(zhì)量	裝置A中玻璃管和固體的總質(zhì)量	裝置B的質(zhì)量
2.32 g	反應前55.72 g	反應前 281.00 g
反應后55.08 g	反應后 281.56 g

請回答下列問題：

①興趣小組同學經(jīng)過討論后認為應選用樣品質(zhì)量和裝置A中玻璃管和固體的總質(zhì)量的變化來計算，而不選用裝置B的質(zhì)量的變化來計算，理由是               。

②該樣品所有可能的組成是               。

 

Answer 1

【答案】

(I) (1) 3CO+Fe₂O₃^高溫 2Fe+3CO₂

(2) C + O₂^點燃 CO₂     2C + CO₂ ^高溫2CO

(II)（3）燃燒產(chǎn)生熱量、做生產(chǎn)合成氣的原料   混合物

（4）CO₂和H₂O（高溫尾氣）

(III)(5) 2HgO2Hg+O₂↑  C + 2CuO ^高溫 2Cu+ CO₂↑

用金屬還原金屬氧化物

(Ⅳ)(6) 裝置B不能將反應產(chǎn)生的CO₂全部吸收

Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO

【解析】

試題分析：(I)根據(jù)煉鐵高爐的示意圖可知，

(1)B區(qū)主要是生成鐵的反應，所以反應的化學方程式為3CO+Fe₂O₃^高溫 2Fe+3CO₂；

(2) C區(qū)主要是產(chǎn)生一氧化碳的反應，共發(fā)生了兩個反應，所以反應的化學方程式為C + O₂^點燃 CO₂ ，2C + CO₂ ^高溫2CO。

(II)（3）根據(jù)豎爐煉鐵的流程圖可知，甲烷和氧氣混合氣體進入燃燒室，可燃燒為煉鐵提供熱量；另外，還有一部分甲烷進入催化反應室，和二氧化碳、水等反應，可制得合成氣（CO和H₂）。由于在煉鐵的過程中不可避免的會引入一些雜質(zhì)，所以冶煉出的鐵水屬于混合物。

（4）根據(jù)高溫尾氣的成分為二氧化碳和水，它們進入催化反應室中可以得到合成氣體（一氧化碳和氫氣），而合成氣體進入還原反應室，與氧化鐵反應，又生成了二氧化碳和水，所以可以判斷在該過程中能夠被循環(huán)利用的物質(zhì)為二氧化碳和水。

(III)(5) ①在初中化學中學過的能受熱分解的金屬氧化物只有氧化汞，氧化汞受熱分解生成汞和氧氣，故反應的化學方程式為2HgO2Hg+O₂↑；

②金屬氧化物有很多，最常見的為氧化銅，木炭在高溫條件下還原氧化銅可以生成金屬銅和二氧化碳氣體，故反應的化學方程式為C + 2CuO ^高溫 2Cu+ CO₂↑；

③根據(jù)化學反應的方程式可知，反應物和生成物都是一種金屬單質(zhì)和一種金屬氧化物，因此可歸納其反應規(guī)律為：用金屬還原金屬氧化物。

(Ⅳ)(6)①由于裝置B中盛有的是澄清石灰水即氫氧化鈣溶液，而氫氧化鈣是微溶于水的物質(zhì)，故澄清石灰水中的氫氧化鈣含量很少，不能將反應產(chǎn)生的CO₂全部吸收，所以不選用裝置B的質(zhì)量變化來計算；

②根據(jù)還原反應的原理可知，在金屬氧化物與CO的反應過程中，金屬氧化物的氧會被奪去，故固體物質(zhì)總質(zhì)量會變小，而變小的質(zhì)量即為金屬氧化物中氧元素的質(zhì)量，結(jié)合表格數(shù)據(jù)可知，氧元素的質(zhì)量=55.72g-55.08g=0.64g，則混合物中氧元素的質(zhì)量分數(shù)=×100%=27.6%，而Fe₃O₄中氧元素的質(zhì)量分數(shù)=×100%=27.6%，F(xiàn)e₂O₃中氧元素的質(zhì)量分數(shù)=×100%=30%，F(xiàn)eO中氧元素的質(zhì)量分數(shù)=×100%=22.2%；故該樣品所有可能的組成是Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO。

考點：鐵的冶煉，金屬活動性順序及其應用，金屬活動性的探究，書寫化學方程式，元素質(zhì)量分數(shù)的計算

點評：本題考查的知識點較多，主要考查了鐵的冶煉的有關(guān)知識，熟練掌握相關(guān)化學知識和實驗的原理、現(xiàn)象和注意事項等是解答本題的關(guān)鍵。