Question

17．鋼鐵是重要的金屬材料，在工農業(yè)生產和生活中應用非常廣泛．
I．鐵的應用
（1）下列鐵制品的利用與金屬導熱性有關的是B（填字母）．
A．鐵鉗      B．鐵鍋      C．刀具
（2）“納米α-Fe粉”可以用于食品保鮮，稱之為“雙吸劑”，因為它能吸收空氣中的氧氣和水（或O₂和H₂O）．
Ⅱ．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）寫出以赤鐵礦（主要成分氧化鐵）為原料，在高溫下煉鐵的化學方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
（2）高爐煉鐵中，焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外，還能提供熱源，維持爐溫；
Ⅲ．實驗探究煉鐵原理
某化學興趣小組在實驗室中模擬工業(yè)煉鐵的原理，并探究CO與Fe₂O₃反應后的產物．
通過查閱資料知道：
①草酸（H₂C₂O₄）固體與濃硫酸混合加熱會產生一氧化碳，化學反應方程式為
H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{△}$CO↑+CO₂↑+H₂O
②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反應方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O
③常溫下，Ca（OH）₂微溶于水；濃硫酸具有強烈的吸水性
于是他設計了圖1的實驗裝置，結合裝置回答下列問題：
（1）圖A是用固體草酸和濃硫酸制取CO的反應裝置，你認為應選擇圖2中的�。ㄌ钛b置編號）；
（2）圖中裝置C的作用是證明CO₂是否已經除盡；
（3）為了證明產物中有二氧化碳，裝置F中的試劑應該是少量的澄清的石灰水（或氫氧化鈣溶液）（填試劑名稱），反應的化學方程式為CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）該裝置設計有一個明顯缺陷，你認為是缺少尾氣處理裝置．
（5）實驗時準確稱取一定質量純凈的Fe₂O₃固體按上圖進行實驗，當E中固體全部變黑后，繼續(xù)通入CO直到玻璃管冷卻．將得到黑色的固體加入到足量的稀鹽酸，發(fā)現固體全部溶解，但無氣泡產生．
查閱資料：a．鐵的氧化物在足量的稀鹽酸中均能全部溶解．
b．Fe₂O₃與CO反應的固體生成物可能情況如下：
Fe₂O₃$\stackrel{400℃-500℃}{→}$Fe₃O₄$\stackrel{500℃-600℃}{→}$FeO（黑色）$\stackrel{700℃-800℃}{→}$Fe
根據“無氣泡”猜想，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
（6）定量分析  用電子天平稱量得部分數據如下：

	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

根據上述數據，純凈的Fe₂O₃固體質量為4.80g，請選擇有效的數據，推斷出反應后黑色固體的成分．（寫出計算過程）根據推斷結果，寫出該實驗中玻璃管內發(fā)生的化學反應方程式CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

Answer 1

分析 I．鐵的應用
（1）物質的性質決定了物質的用途，所以可以根據鐵的用途，分析利用了鐵的什么性質．
（2）根據鐵銹蝕的條件分析．
II鐵的冶煉
（1）冶煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、空氣等物質，通過反應生成的一氧化碳可以把鐵礦石中的鐵還原出來．
（2）根據高爐煉鐵的原料及各原料的作用分析即可；
Ⅲ實驗探究煉鐵原理
（1）根據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，可據其可燃性進行處理后變成無害物質再排放．
（5）根據反應現象分析．
（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．
（7）根據反應物、生成物和條件書寫方程式．

解答 解：I．鐵的應用
（1）分析所給三種金屬制品可以知道，鐵鍋是利用了金屬的導熱性．
（2）鐵吸收水與氧氣后會變成鐵銹，所以“雙吸劑”它能夠吸收空氣中的水分和氧氣．
II鐵的冶煉
（1）赤鐵礦的主要成分是氧化鐵，氧化鐵和一氧化碳反應能生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ．
（2）煉鐵時要用到焦炭，它有兩個作用．煉鐵時需要高溫，焦炭與氧氣反應生成二氧化碳，同時放出大量熱，可供給煉鐵使用；煉鐵時還需一氧化碳作還原劑，二氧化碳與過量焦炭反應可以生成一氧化碳；
Ⅲ實驗探究煉鐵原理
（1）草酸（H₂C₂O₄）與濃硫酸混合加熱會產生一氧化碳，反應物均為液體，且需要加熱，所以選擇發(fā)生裝置��；
（2）裝置C證明CO₂是否已經除盡；濃硫酸具有吸水性，常用來干燥氣體；
（3）澄清的石灰水可以用來驗證二氧化碳氣體；方程式為：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）一氧化碳有毒，不能直接排放．缺少尾氣處理裝置；
（5）加入足量的稀鹽酸，發(fā)現固體全部溶解，但無氣泡產生，說明沒有鐵生成，這樣就是Fe₃O₄和FeO的組合了，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
（6）純凈的Fe₂O₃固體質量為：33.00g-28.20g=4.80g，其中鐵元素的質量為4.80g×$\frac{112}{160}×100%$=3.36g，氧元素的質量為4.80g-3.36g=1.44g；反應后損失的氧元素的質量為33.00g-32.84g=0.16g，所以設反應后黑色固體Fe_xO_y，則鐵元素：氧元素=56x：16y=3.36g：（1.44g-0.16g）；解得x：y=3：4
故反應后黑色固體是Fe₃O₄
（7）Fe₂O₃與CO反應生成Fe₃O₄和CO，方程式為：CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
故答案為：
I．鐵的應用
（1）B；（2）氧氣和水（或O₂和H₂O）
II．鐵的冶煉
（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；（2）提供熱源，維持爐溫
Ⅲ實驗探究煉鐵原理
（1）丁；（2）證明CO₂是否已經除盡；
（3）澄清的石灰水（或氫氧化鈣溶液）；CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）缺少尾氣處理裝置
（5）FeO；Fe₃O₄和FeO
（6）4.80；Fe₃O₄； CO+3Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

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．