Question

鋼鐵工業是國家工業的基礎．
（1）如圖1是教材中煉鐵高爐及爐內化學變化過程示意圖，根據圖示回答下列問題．若圖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

高溫  .

2Fe+3CO₂

；B區

C+O₂

高溫  .

CO₂

，

，CO₂+C

高溫  .

2CO

；
焦炭作用是

提供熱量

、

制取CO、

；
（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64.2g（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．袁超同學認為該黑色固體全部是鐵，但姜宇同學提出了質疑，于是大家提出查閱資料．
[查閱資料]
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見右表

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

[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．

全部為四氧化三鐵

  c．

四氧化三鐵與鐵粉的混合物

．
[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）

鐵

．
[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、C

．
A．收集一氧化碳     B．檢驗二氧化碳     C．吸收二氧化碳．
③若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，若它是四氧化三鐵、鐵混合物，必須具備的條件是：反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量范圍（冷卻到室溫稱量）

大于64.2g，小于65.8g

．

Answer 1

分析：（1）根據A區主要生成鐵B區主要生成一氧化碳分析發生的反應，寫出反應的方程式；根據煉鐵的原理分析焦炭的作用；
（2）[實驗與猜想]①根據題意黑色固體粉末全部能被吸引分析不可能含有的物質；
②根據鐵和四氧化三鐵都是黑色、都能被磁鐵吸引，對黑色粉末進行猜想．
[得出結論]根據氧化鐵的質量，可求出鐵的質量和含有的氧元素的質量，再根據減少的質量分析黑色固體粉末的成分．
[反思與評價]②根據一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣和二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應分析．
③利用極值法計算分析，假設全部是鐵，可求出鐵的質量，再假設全部是四氧化三鐵，再求出四氧化三鐵的質量，應介于二者之間．

解答：解：（1）由煉鐵的原理可知，在A區發生的反應主要是：在高溫條件下，一氧化碳將氧化鐵還原為鐵同時生成了二氧化碳，反應的方程式是：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；在B區中，發生的反應主要是碳燃燒生成了二氧化碳，二氧化碳在高溫條件下，與碳反應生成了一氧化碳，反應的方程式是：C+O₂

高溫  .

CO₂，CO₂+C

高溫  .

2CO；由煉鐵的原理可知，焦炭作用是 提供熱量、制取CO；
（2）①由題意可知，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由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
[得出結論]由實驗的數據可知，氧化鐵的質量為：66.0g-60.0g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素的質量為：6g×

16×3

56×2+16×3

×100%=1.8g．則鐵的質量為：6g-1.8g=4.2g，如果6g的氧化鐵全部煉成鐵，減少的適量應是1.8g，由題意可知，固體減少的質量為：66g-64.2g=1.8g，所以，黑色粉末全部是鐵．
[反思與評價]②由于一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣，二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應．所以，虛線框內的裝置，其作用是收集一氧化碳和吸收二氧化碳．
③假設生成的產物全部是鐵，由上述分析可知，鐵的質量為4.2g．則反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量=60g+4.2g=64.2g；
假設全是四氧化三鐵，設生成的四氧化三鐵質量是x
CO+3Fe₂O₃

高溫  .

2Fe₃O₄+CO₂
   480        464   
   6g           x

480

464

=

6g

x

  解得  x=5.8g
所以，反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量60g+5.8g=65.8g
由上分析可知，若它是四氧化三鐵、鐵混合物，必須具備的條件是：反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量范圍大于64.2g，小于65.8g．
故答為：（1）Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；C+O₂

高溫  .

CO₂，CO₂+C

高溫  .

2CO；提供熱量，制取CO；
（2）[實驗與猜想]①氧化亞鐵；②全部為四氧化三鐵，四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
[得出結論]鐵；
[反思與評價]A，C；③大于64.2g，小于65.8g．

點評：本題綜合性較強，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數據對混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應前后元素的質量不變，并會結合方程式分析即可順利解答．