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。

【查閱資料】氫氧化鈉溶液和澄清石灰水化學性質類似，能與二氧化碳反應，但反應無明顯現象。

【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                                       。

Answer 1

①3CO+Fe₂O₃^高溫2Fe+3CO₂  （2分）

【提出問題】②3C+2Fe₂O₃^高溫4Fe+3CO₂↑（2分）

【進行實驗】③通CO  （1分）  ④   防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化（2分）

【實驗現象】⑤紅色變為黑色 （1分）    ⑥ 仍有紅色物質（1分）

【交流與反思】⑦焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應生成一氧化碳的同時放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節約能源）（合理即可）（2分）

【完善實驗】⑧C→D→C→E→C   （2分） ⑨ 缺少尾氣處理裝置（2分）