Question

鐵的冶煉是鋼鐵工業的基礎。
(Ⅰ)右圖是教材中煉鐵高爐及爐內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區和C區所發生主要反應的化學方程式：

(1) B區                (2) C區               、               。
(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，可循環利用的物質是               。
(Ⅲ)金屬在活動性順序里的位置越后，其化合物越不穩定，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，實驗數據記錄如下：

樣品質量	裝置A中玻璃管和固體的總質量	裝置B的質量
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興趣小組同學經過討論后認為應選用樣品質量和裝置A中玻璃管和固體的總質量的變化來計算，而不選用裝置B的質量的變化來計算，理由是               。
②該樣品所有可能的組成是               。

Answer 1

(I) (1) 3CO+Fe₂O₃^高溫 2Fe+3CO₂
(2) C + O₂^點燃 CO₂     2C + CO₂ ^高溫2CO
(II)（3）燃燒產生熱量、做生產合成氣的原料   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不能將反應產生的CO₂全部吸收
Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO

試題分析：(I)根據煉鐵高爐的示意圖可知，
(1)B區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區主要是產生一氧化碳的反應，共發生了兩個反應，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，所以冶煉出的鐵水屬于混合物。
（4）根據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利用的物質為二氧化碳和水。
(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和一種金屬氧化物，因此可歸納其反應規律為：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，故澄清石灰水中的氫氧化鈣含量很少，不能將反應產生的CO₂全部吸收，所以不選用裝置B的質量變化來計算；
②根據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，故固體物質總質量會變小，而變小的質量即為金屬氧化物中氧元素的質量，結合表格數據可知，氧元素的質量=55.72g-55.08g=0.64g，則混合物中氧元素的質量分數=×100%=27.6%，而Fe₃O₄中氧元素的質量分數=×100%=27.6%，Fe₂O₃中氧元素的質量分數=×100%=30%，FeO中氧元素的質量分數=×100%=22.2%；故該樣品所有可能的組成是Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO。
點評：本題考查的知識點較多，主要考查了鐵的冶煉的有關知識，熟練掌握相關化學知識和實驗的原理、現象和注意事項等是解答本題的關鍵。