Question

【題目】精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進行下列研究：

（物質制備） 利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：

粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe3C雜質，可用氫氣在高溫下進一步還原，其反應方程式：

FexOy+yH2xFe+yH2O、Fe3C+2H23Fe+CH4

（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應的化學方程式：__________________；

（2）焙燒中加入焦炭的作用：__________________、________________。（寫出兩條）

（含量測定）為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質量分數，按如下裝置進行實驗。

已知3CH4+4Fe2O33CO2+6H2O+8Fe（假設每步反應都完全且不考慮裝置內原有空氣對測定結果的影響）。

（3）主要實驗步驟如下：

①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質量；②點燃A處酒精燈；③緩緩通入純凈干燥的H2；④點燃C處酒精燈；⑤分別熄滅A、C處酒精燈；⑥再緩緩通入少量H2; ⑦再次稱量必要裝置的質量。

操作的先后順序是①→______→______→______→______→______→⑦。

步驟②和③能否交換？________（填“能”或“不能”），原因是_________________。

（4）步驟⑤和⑥能否交換？________（填“能”或“不能”），原因是_________________。

（5）裝置F的作用是___________，若缺少裝置F，則所測氧元素質量分數將______（選填“偏大”、“偏小”或“不變”下同），碳元素質量分數將_________。

（6）粗還原鐵粉樣品質量為5.0g，裝置B、E分別增重0.54g和0.44g,則樣品中氧元素質量分數為________；碳元素的質量分數為_________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 制取CO 提供熱量 ③ ④ ② ⑤ ⑥ 防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進入E裝置 不能 氫氣不純加熱易發生爆炸 不能 防止濃硫酸倒吸，炸裂玻璃管 偏大 偏大 9.6% 2.4%

【解析】

（1）在高溫的條件下，一氧化碳與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，化學方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反應所需高溫外，還能和二氧化碳反應生成還原劑一氧化碳；故填：作燃料提供反應所需高溫；能和二氧化碳反應生成還原劑一氧化碳；
（3）主要實驗步驟如下：按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質量；緩緩通入純凈干燥的H2；點燃C處酒精燈；點燃A處酒精燈；分別熄滅A、C處酒精燈；再緩緩通入少量H2直至裝置冷卻；再次稱量必要裝置的質量。故順序為①；③；④；②；⑤；⑥；⑦。

氫氣具有可燃性，不純時加熱易發生爆炸，所以要先通入一會兒氫氣排凈空氣后再點燃酒精燈加熱，以防氫氣不純加熱發生爆炸；

（4）若停止加熱時，也停止通入氫氣可能會造成濃硫酸倒吸，炸裂玻璃管；

（5）裝置F的作用是防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進入E裝置，若缺少裝置F，則所測氧元素質量分數將偏大，碳元素的質量分數將偏大；

（6）裝置B增重0.54g，則說明粗還原鐵粉與氫氣反應生成水的質量為0.54g，因此生成水中氧元素質量=0.54g××100%=0.48g；

樣品中氧元素的質量分數為：×100%=9.6%；

裝置E增重0.44g，則甲烷與氧化鐵反應生成二氧化碳的質量為0.44g，生成二氧化碳中碳元素質量為：0.44g××100%=0.12g；

樣品中碳元素的質量分數為：×100%＝2.4%。