Question

【題目】今年揚州迎來高鐵交通發展的高潮。高鐵給我們帶來的不僅是交通方便，出行快捷，甚至是帶來旅游業的繁榮。制造鐵軌需要大量的合金鋼，梅嶺中學化學興趣小組為此展開探究:

（一）工業上煉鐵煉鋼和軋制鋼材的主要流程如下圖:

已知:生鐵的含碳量為2％～4.3％，鋼的含碳量為0.03%~2%。

（1）煉鐵的固體原料中加入焦炭的作用是______________、___________（用方程式表示）；

（2）煉鐵的固體原料需經過粉碎，其目的是____________________ 。

（3）熱空氣和高爐氣體的主要成分有一種相同，這種氣體是________（填化學式）；

（4）煉鋼爐中，通入純氧而不用空氣的目的是____________________。將鋼錠軋成鋼板，體現了金屬的________性。

（二）該興趣小組發現未經處理的鋼鐵容易生銹。同學們接著探究了鐵生銹的相關問題。

（知識回顧）鐵生銹的條件為鐵與_______、_______同時接觸，為了防止鐵制品生銹，應采取的措施是__________（寫出一種）。

（查閱資料）鐵銹成分復雜，化學式可簡單表示為Fe2O3xH2O，在加熱時會分步反應， 首先失去結晶水，其反應可表示為Fe2O3nH2O=Fe2O3＋nH2O濃硫酸可以吸水，堿石灰可以吸收水和二氧化碳。

（提出問題）鐵銹（Fe2O3nH2O）中n的值等于多少呢？

（問題探究）小明發現實驗室中有一保管不善的鐵粉，大部分已經結塊成紅褐色，為了探究鐵銹（Fe2O3nH2O）的組成，稱取27.0g這種鐵粉樣品，按如圖2所示裝置進行實驗。

（1）實驗前應先_______________；

（2）為了保證實驗安全，實驗開始時應先__________，目的是_______________；

（3）A中的現象是 ________________；

（4）請指出該裝置中有一處明顯不足 _____________；

（數據處理）如圖是加熱時間和A中固體質量關系圖象，下表是B、C中質量不再變化時B中濃硫酸、C中堿石灰裝置質量變化情況。

	反應前（g）	反應后（g）
B	100	105.4
C	150	163.2

（5）鐵銹（Fe2O3nH2O）中n的值是_____；

（6）寫出T3-T4時間段發生反應的化學方程式 _______________________；

（7）計算原樣品中單質鐵的質量分數是________。（計算結果保留到0.1％）

Answer 1

【答案】C+O2CO2 CO2+C2CO 增大反應物的接觸面積，使反應物充分反應 CO2 使氧氣與盡可能與多的雜質反應 延展 水 氧氣或空氣 保持鐵制品表面干燥（合理均可） 檢查裝置氣密性 通一段時間一氧化碳，再加熱 將硬質試管中的空氣趕盡，防止混有空氣加熱，發生爆炸 紅棕色固體變為黑色 沒有對尾氣進行處理 3 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 20.7%

【解析】

(1)煉鐵的固體原料中加入焦炭的作用是將焦炭與熱空氣中的氧氣充分反應生成二氧化碳，二氧化碳在高溫下再被焦炭還原成一氧化碳，用一氧化碳還原鐵礦石，故填寫：C+O2CO2；CO2+C2CO；

(2)原料需經過粉碎，其目的是增大反應物的接觸面積，使反應物充分反應，故填寫：增大反應物的接觸面積，使反應物充分反應；

(3)高爐氣體中主要成分為，產物二氧化碳，熱空氣中也有二氧化碳，故填寫：CO2；

(4)煉鋼爐中，通入純氧而不用空氣的目的是使氧氣盡可能與多的與雜質反應，故填寫：使氧氣與盡可能與多的雜質反應；

(5)鐵生銹的條件為鐵與水、空氣或氧氣接觸，故填寫：水；空氣或氧氣；

為了防止鐵制品生銹，應采取的措施是：保持鐵制品表面干燥，刷漆，烤瓷等，故填寫：保持鐵制品表面干燥（合理均可）；

(6)有氣體生成或氣體參與的實驗，實驗前必須檢查裝置的氣密性，故填寫：檢查裝置的氣密性；

(7)由圖可知，該實驗中通有一氧化碳，且加熱，為保證實驗安全，實驗開始時應先通一段時間一氧化碳，再加熱，故填寫：通一段時間一氧化碳，再加熱；

該操作的目的是：將硬質試管中的空氣趕盡，防止混有空氣加熱，發生爆炸，故填寫：將硬質試管中的空氣趕盡，防止混有空氣加熱，發生爆炸；

(8)由圖可知，A中是一氧化碳還原生銹的鐵粉（主要成分為Fe2O3），因此現象為：紅棕色固體變為黑色，故填寫：紅棕色固體變為黑色；

(9)該實驗有一氧化碳參與，因此，尾氣中可能含有一氧化碳，必須進行尾氣處理，故填寫：沒有對尾氣進行處理；

(10) 設氧化鐵質量為x，反應生成水的質量：105.4g-100g=5.4g，反應生成二氧化碳質量：163.2g-150g=13.2g，

根據題意有：160：18n=16g：5.4g，n=3，故填：3；

(11)T3-T4時間段，高溫條件下氧化鐵和一氧化碳反應生成鐵和二氧化碳，發生反應的化學方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故填寫：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

(12)設生成鐵的質量為x

原樣品中單質鐵的質量為：16.8g-11.2g=5.6g

原樣品中單質鐵的質量分數是:×100%≈20.7%

答：原樣品中單質鐵的質量分數是20.7%。