Question

【題目】鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)。

I．右圖是教材中煉鐵高爐及爐內(nèi)化學(xué)變化過程示意圖，根據(jù)圖示回答下列問題。

若右圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出A區(qū)所發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。

II．化學(xué)興趣小組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里利用碳和氧化鐵反應(yīng)模擬煉鐵，得到了無色氣體A和黑色粉末B，并探究兩者的成分。

（一）甲組同學(xué)對(duì)無色氣體A的成分進(jìn)行探究。

【猜想與假設(shè)】

猜想1：A中只有CO2； 猜想2：A中只有CO； 猜想3：A中有CO2和CO。

【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】

甲組同學(xué)按如下圖示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（箭頭表示氣體流向，NaOH溶液的作用是除去氣體中的CO2）。

【討論交流】

實(shí)驗(yàn)證實(shí)猜想3正確，則：

（1）Ⅰ中澄清石灰水的作用是________，能證明猜想3成立的現(xiàn)象是_____ 。

（2）Ⅲ中反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________。

（二）乙組同學(xué)對(duì)黑色粉末B的成分進(jìn)行探究。

【查閱資料】

①碳（或一氧化碳）還原氧化鐵的固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵。

②碳（或一氧化碳）還原氧化鐵的產(chǎn)物成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)。

③

物質(zhì) 性質(zhì)	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

【初步實(shí)驗(yàn)與猜想】

①小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)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 。

②進(jìn)行猜想：黑色固體粉末可能是：

猜想一：全部是Fe；猜想二：全部是Fe3O4；猜想三：是__________。

【進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)】該小組按右圖裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測得下列數(shù)據(jù)：

①應(yīng)前稱取5.8 g黑色粉末B加入玻璃管內(nèi) （玻璃管的質(zhì)量為60.0g）

②充分反應(yīng)后管內(nèi)固體全部是鐵，玻璃管和管內(nèi)固體的總質(zhì)量64.2g（已冷卻到室溫）。

【得出結(jié)論】根據(jù)上述數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得出該黑色粉末B是 。

【反思與評(píng)價(jià)】碳（或一氧化碳）還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長反應(yīng)時(shí)間。

Answer 1

【答案】Ⅰ．3CO+Fe2O32Fe+3CO2Ⅱ．（一）（1）檢驗(yàn)CO2 Ⅰ中澄清石灰水變渾濁，Ⅲ中黑色固體變?yōu)榧t色（或I、Ⅳ中澄清石灰水均變渾濁）（2）CO+CuOCu+CO2

（二）【初步實(shí)驗(yàn)與猜想】①化亞鐵（或FeO） ②Fe和Fe3O4的混合物

【得出結(jié)論】Fe3O4

【解析】

試題分析：Ⅰ．高爐煉鐵的原理是一氧化碳還原氧化鐵，生成的是鐵和二氧化碳：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；

【討論交流】

（1）二氧化碳可用除去石灰水檢驗(yàn)；一氧化碳可利用其還原性進(jìn)行檢驗(yàn)，為了避免二氧化碳的一氧化碳檢驗(yàn)的干擾，故檢驗(yàn)一氧化碳前要先把二氧化碳除去。故裝置1的作用是檢驗(yàn)氣體A中是否含有二氧化碳；裝置2的作用是吸收氣體中的二氧化碳；裝置3和4檢驗(yàn)一氧化碳的存在；若氣體A中有二氧化碳和一氧化碳，那么1中的澄清石灰水會(huì)變渾濁，Ⅲ中黑色固體變?yōu)榧t色，4中的澄清石灰水變渾濁；

（2）Ⅲ中發(fā)生的反應(yīng)是一氧化碳還原氧化銅，生成的是銅和二氧化碳：CO+CuOCu+CO2；

【初步實(shí)驗(yàn)與猜想】根據(jù)資料可知，氧化鐵是紅色的，故不可能是氧化鐵；氧化亞鐵不能被磁鐵吸引，故也不可能是氧化亞鐵；故該黑色粉末可能是鐵，也可能是四氧化三鐵，還可能是Fe和Fe3O4的混合物；

【得出結(jié)論】充分反應(yīng)后管內(nèi)固體全部是鐵，玻璃管和管內(nèi)固體的總質(zhì)量64.2g，

那么鐵的質(zhì)量= 64.2g-60g=4.2g ；若黑色固體全部是四氧化三鐵，

那么四氧化三鐵的質(zhì)量=4.2g÷168／232 ×100% =5.8g 。而應(yīng)前稱取的黑色粉末的質(zhì)量恰好為5.8 g，故黑色只有四氧化三鐵。