Question

鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來．一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為______．某化學興趣小組同學在學習煉鐵的相關內容時，對煉鐵時還原劑的選擇進行了如下探究．
【提出問題】單質碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為______．為什么工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？
【猜想與假設】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應不易完全．
【進行實驗】實驗步驟及注意事項如下：
①稱取兩份相同質量的氧化鐵粉末．一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的試管中；另一份放入下圖裝置B的玻璃管中．
②裝置A和B兩組實驗同時開始進行．在裝置B的反應中，實驗開始前應先______（選填“通CO”或“加熱”）； 實驗結束后應繼續通入CO直至冷卻至室溫，其原因是______．


【實驗現象】當裝置B的玻璃管中固體完全由______時（選填“紅色變為黑色”或“黑色變為紅色”），裝置A的試管中仍有______．
【解釋與結論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應確實不易完全，這可能是工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因．
【交流與反思】經過查閱資料和討論，該小組同學發現除了上述原因外，工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個：______．
【完善實驗】聯想到單質碳的一些化學性質，甲同學認為在碳還原氧化鐵的反應中可能還會有CO產生．為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，將該氣體通過下圖的檢驗裝置，正確的連接順序是______（選填字母，裝置可重復使用）．經過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO₂，因此裝置A的不足之處是______．
【拓展延伸】乙同學用下圖測定鐵的相對原子質量，主要實驗步驟如下（必要的固定裝置已略去）：
①連接裝置并檢查裝置氣密性；
②加入藥品和水；
③記錄c中液面刻度（c為帶有刻度的玻璃管）；
④由a向b中滴加稀硫酸至過量；
⑤待b中不再有氣體產生并恢復至室溫后，記錄c中液面刻度，計算得到氣體的體積為V mL（經查，室溫室壓下該氣體密度為ρ g/L）．
（1）檢驗該裝置氣密性的方法是______．
（2）為使測得的氣體體積更精確，記錄c中液面刻度時，除使視線與凹液面的最低處相平外，還應______．
（3）如果實驗過程中，發現稀硫酸的量不足，應______（選填“中途加酸”或“重新實驗”）．
（4）丙同學發現實驗中由于缺少某一步驟導致數據缺乏而無法計算，該步驟是______．

Answer 1

解：一氧化碳還原氧化鐵的化學反應式是：3CO+Fe₂O₃2Fe+3CO₂．
故答案為：3CO+Fe₂O₃2Fe+3CO₂；
【提出問題】碳還原氧化鐵的化學反應式是：3C+2Fe₂O₃4Fe+3CO₂↑．
故答案為：3C+2Fe₂O₃4Fe+3CO₂↑；
【進行實驗】為防止一氧化碳與空氣混合加熱時，引起爆炸，在實驗前要先通入CO；防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化，實驗結束后，應繼續通入CO直至冷卻至室溫．
故答案為：通入CO；防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化；
【實驗現象】因氧化鐵是紅色，鐵粉是黑色，B中的氧化鐵被完全還原后，由紅色變成黑色．此時由于A中的氧化鐵還沒有被完全還原，仍有紅色物質．
故答案為：紅色變為黑色；紅色物質；
【交流與反思】實驗完成后還要考慮分離出所要得到的鐵，焦炭和鐵都是固體，不易分離，也是不用碳還原氧化鐵的原因．
故答案為：焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（合理即可）
【完善實驗】澄清石灰水可以檢驗二氧化碳、氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以還原氧化銅并生成二氧化碳氣體，所以先用C檢驗二氧化碳的存在，為防止二氧化碳影響實驗的結論，再用D中的氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，再次連接C檢查二氧化碳是否被完全吸收；然后將氣體通過E，并再次連接C，如果氧化銅由黑色變成紅色，C中的澄清石灰水變渾濁，說明有一氧化碳氣體．因有一氧化碳存在，要進行尾氣處理，而圖中缺少此裝置．
故答案為：C→D→C→E→C；缺少尾氣處理裝置；
【拓展延伸】（1）注意檢驗該裝置的氣密性的方法：提高d管，靜止片刻后，c、d液面仍存在高度差，則氣密性良好．
故答案為：提高d管，靜止片刻后，c、d液面仍存在高度差，則氣密性良好；
（2）除使視線與凹液面的最低處相平外，還應d處觀察上升的是否與c中下降的一致．
故答案為：使d、c中的液面相平；
（3）中途添加酸時，會造成氣體逸散，影響氣體體積的精確測量，所以要重新實驗．
故答案為：重新實驗；
（4）已知氣體的體積，根據密度，可以求出氣體的質量，但不知道裝置B反應后所得的固體質量（或測量鐵粉的質量），無法計算．實驗中由于數據缺乏而無法計算，該步驟是：裝置B反應后所得的固體質量（或測量鐵粉的質量）．
故答案為：測量裝置B反應后所得的固體質量（或測量鐵粉的質量）．
分析：熟記一氧化碳還原氧化鐵的化學反應式；
【提出問題】熟記碳還原氧化鐵的化學反應式；
【進行實驗】②根據可燃性氣體與空氣混合加熱時有爆炸的危險考慮；
【實驗現象】根據氧化鐵是紅色，鐵粉是黑色分析判斷現象；
【交流與反思】根據實驗完成后還要考慮分離出所要得到的物質考慮；
【完善實驗】根據澄清石灰水可以檢驗二氧化碳、氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以還原氧化銅并生成二氧化碳氣體考慮；
【拓展延伸】（1）認真分析其原理，利用大氣壓強的知識來解釋檢驗裝置氣密性的方法；
（2）為使測得的氣體體積更精確，記錄c中液面刻度時，除使視線與凹液面的最低處相平外，還應d處觀察上升的是否與c中下降的一致；以盡量減少誤差；
（3）如果實驗過程中，發現稀硫酸的量不足，應中途加酸還是重新實驗：中途添加酸時，會造成氣體逸散，影響氣體體積的精確測量
（4）已知氣體的體積，根據密度，可以求出氣體的質量；但不知道剩余固體質量或鐵粉的質量，無法計算．所以實驗中由于缺少某一步驟導致數據缺乏而無法計算，該步驟是：測量裝置B反應后所得的固體質量（或測量鐵粉的質量）．
點評：本題以實驗探究的形式考查化學反應式的書寫、實驗中的注意事項、以及不用碳還原氧化鐵的原因，還有相關的拓展實驗，可謂考查詳盡，即考查了知識，又培養了學生的細心、耐心分析解決問題的能力．