Question

11．鋼鐵工業是國家工業的基礎．
（1）圖1是教材中煉鐵高爐及爐內化學變化過程示意圖，根據圖示回答問題．若圖1中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出A區和B區所發生主要反應的化學方程式：A區Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；B區（焦炭的作用）C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂、CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO．
（2）某興趣小組在實驗室中模擬煉鐵化學原理的實驗，對固體產物成分等進行探究．
[設計實驗]用一氧化碳還原純凈的氧化鐵 粉末，實驗裝置如圖2．

[進行實驗]該小組按上述實驗設計，在一定溫度下進行了實驗，測得下列數據：①反應前玻璃管和內盛氧化鐵粉末的總質量66.0g（玻璃管的質量為60.0g） ②反
應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量65.8g（冷卻到室溫稱量）．
[分析與討論]本實驗中，玻璃管內固體粉末由紅色全部變為黑色．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質疑，于是大家提出查閱資料．
[查閱資料]

物質 性質	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

①一氧化碳還原氧化鐵的固體產物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關．
②一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
③四氧化三鐵、鐵粉都能被磁鐵吸引，而氧化亞鐵、氧化鐵均不能被磁鐵吸引．
[實驗與猜想]
①該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發現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進行猜想：黑色固體粉末可能
a．全部為鐵    b．全部是四氧化三鐵    c．鐵與四氧化三鐵的混合物．
[得出結論]
通過實驗中獲得的數據進行計算，得出黑色固體粉末為（寫名稱）四氧化三鐵．
計算過程：
[反思與評價]
①一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．
②實驗裝置圖中采用虛線框內的裝置，其作用有A、B．
A．收集一氧化碳      B．吸收二氧化碳       C．檢驗二氧化碳．

Answer 1

分析 （1）依據A區主要是生成鐵而B區主要是產生一氧化碳的情況書寫即可；
（2）【實驗與猜想】
①依據表中信息找到不能被磁鐵吸引的物質即可；
②由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體進行猜測；
【得出結論】依據實驗測得的數據結合氧化鐵的化學式可求出氧化鐵中氧的質量，再用反應前后物質的質量差與之比較判斷即可；
【反思與評價】依據二氧化碳和氫氧化鈉溶液的反應且一氧化碳有毒需要進行尾氣處理來判斷．

解答 解：（1）依據A區主要是生成鐵的反應，所以方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；而B區主要是產生一氧化碳共發生了兩個反應，方程式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
（2）【實驗與猜想】
①依據表中信息可知不能被磁鐵吸引的物質是氧化鐵和氧化亞鐵，固體全部能被吸引，說明固體中一定不含有這兩者；
②由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
【得出結論】依據實驗測得的數據可知氧化鐵的質量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反應前后固體的質量差即為氧化鐵失掉的氧的質量，所以可知反應前后失掉的氧的質量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒有失掉，假設全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵；
【反思與評價】因為二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應且無現象，一氧化碳不能與氫氧化鈉反應；
A、由于一氧化碳不能與氫氧化鈉反應，結合裝置的特點可知該裝置能收集一氧化碳，同時排出氫氧化鈉溶液；
B、二氧化碳和氫氧化鈉溶液能反應，所以可以用來吸收二氧化碳；
C、由于二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應時沒有明顯的現象產生，所以不能用它來檢驗二氧化碳的存在；
故答案為：（1）A、Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；B、C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，CO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
（2）【實驗與猜想】①氧化鐵；氧化亞鐵；②全部是四氧化三鐵；鐵與四氧化三鐵的混合物；
【得出結論】四氧化三鐵；
【反思與評價】A、B；

點評 此題是與煉鐵相關的實驗探究題，綜合性較強，尤其是利用數據對混合物的判斷提高了試題的難度，只要是掌握固體質量變化是氧元素失掉的實質便可迎刃而解．