Question

15．冶炼金属通常是指从矿石中提取金属单质的过程，除“沙土淘金”等物理方法外，金属冶炼大都是使金属从其化合态（化合物）转化为游离态（单质）的化学过程．根据金属的化学性质不同，工业上冶炼金属一般有以下几种方法．
1、电解法：该法适合冶炼金属活动性很强的金属．例如：从氯化镁制金属镁就用此方法．该反应的化学方程式为MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑．
2、热分解法：该法可冶炼某些不活泼金属．例如：2HgO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Hg+O₂↑．
3、热还原法：该法可冶炼较活泼的金属，C、H₂、活泼金属、一氧化碳等是常用还原剂． 
（1）碳作还原剂．①MgO+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg+CO↑；②ZnO+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Zn+CO↑，上述两个化学反应的基本类型是置换反应．
（2）氢气作还原剂．举一化学方程式说明H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O．
（3）比较活泼的金属作还原剂．例如：Cr₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cr+Al₂O₃，你认为此方法可能存在的弊端是得到的产品不纯净．
（4）CO作还原剂．倩倩同学用如图所示装置进行模拟工业炼铁原理的实验探究．
①金属跟氧结合成金属氧化物的过程称为金属的氧化，金属氧化物失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原．则应称Fe₂O₃→Fe为金属氧化物的还原．
②大试管中所盛液体的作用是检验一氧化碳炼铁后有二氧化碳生成．
③若用该装置需要完善之处是需要添加尾气处理装置．
④若将8g氧化铁粉通入足量的一氧化碳，充分反应后，冷却，再将玻璃管中的固体移入盛有49g稀硫酸的烧杯中，恰好完全反应，生成铁的质量为5.6g；假设其中只含有碳元素一种杂质为2.8%，则可能生铁的质量为5.76g．
⑤若实验开始先通入CO，待反应完成之后，立即停止一氧化碳气体的通入，其可能后果是玻璃管炸裂，解释原因玻璃管内的压强减小，在外界大气压的作用下，大试管中的石灰水进入玻璃管．
【拓展视野】当CO还原氧化铁实验结束，将试管冷却后，把得到的黑色固体倒在一张白纸上，用磁铁吸引．发现粉末没有全部被吸引；将足量稀盐酸加入装有少量该黑色粉末的试管中，振荡，观察到粉末完全溶解且有气泡产生，溶液由无色变为棕黄色．
【查阅资料】CO还原氧化铁的产物与反应时间、温度有关，产物可能是Fe、FeO、Fe₃O₄；Fe₃O₄+8HCl=4H₂O+FeCl₂+2FeCl₃；FeO是黑色固体，不能被磁铁吸引．
【合理猜想】黑色固体中一定含有成分的化学式为Fe、Fe₃O₄、FeO．

Answer 1

分析 1、根据反应原理以及化学方程式的写法来分析；
（1）根据基本反应类型的判断方法来分析；
（2）氢气具有还原性，可以将金属氧化物还原为金属单质；
（3）根据生成物均为固体来分析；
（4）①根据题干信息来分析；
②根据二氧化碳的化学性质来分析；
③尾气中含有一氧化碳；
④根据化学方程式进行计算，根据生铁中的含碳量来分析；
⑤根据实验中的注意事项来分析；
【查阅资料】根据质量守恒定律来分析解答；
【合理猜想】根据题干信息以及物质的性质来分析．

解答 解：1、氯化镁在通电的条件下分解为镁和氯气；故填：MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；
（1）这两个化学反应都是由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物，属于置换反应；故填：置换反应；
（2）氢气具有还原性，如在加热的条件下，氢气将氧化铜还原为金属铜，同时生成水；故填：H₂+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+H₂O；
（3）反应后得到的是氧化铝与铬的混合物，得到的金属单质中混有其他物质；故填：得到的产品不纯净；
（4）①金属跟氧结合成金属氧化物的过程称为金属的氧化，金属氧化物失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原．则Fe₂O₃→Fe是由金属氧化物失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原；故填：金属氧化物的还原；
②大试管中的澄清石灰水吸收二氧化碳后会生成白色的碳酸钙沉淀，所以石灰水的作用是检验一氧化碳炼铁后有二氧化碳生成；故填：检验一氧化碳炼铁后有二氧化碳生成；
③尾气中含有一氧化碳，是一种有毒气体，直接排放到空气中造成了污染，故填：需要添加尾气处理装置；
④设生成铁的质量为x，则
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                     112
 8g                       x
$\frac{160}{112}=\frac{8g}{x}$
x=5.6g
假设其中只含有碳元素一种杂质为2.8%，则可能生铁的质量为5.6g÷（1-2.8%）=5.76g；故填：5.6g；5.76g；
⑤待反应完成之后，立即停止一氧化碳气体的通入，造成玻璃管内的压强减小，在外界大气压的作用下，大试管中的石灰水进入玻璃管造成玻璃管炸裂；故填：玻璃管炸裂；玻璃管内的压强减小，在外界大气压的作用下，大试管中的石灰水进入玻璃管；
【查阅资料】由质量守恒定律可知，化学反应前后原子的种类与数目不变，反应前：3个铁原子、4个氧原子、8个氢原子和8个氯原子；反应后：2个铁原子、4个氧原子、8个氢原子和6个氯原子，所以空格处的化学式为FeCl₂；故填：FeCl₂；
【合理猜想】铁能被磁铁吸引，与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气；四氧化三铁能被磁铁吸引，且与稀盐酸反应生成的氯化铁溶液为黄色；氧化亚铁不能被磁铁吸引，
由题干信息“把得到的黑色固体倒在一张白纸上，用磁铁吸引．发现粉末没有全部被吸引；将足量稀盐酸加入装有少量该黑色粉末的试管中，振荡，观察到粉末完全溶解且有气泡产生，溶液由无色变为棕黄色”可知，此黑色粉末中含有Fe、Fe₃O₄、FeO；故填：Fe、Fe₃O₄、FeO．

点评 本题难度不是很大，掌握一氧化碳与氧化铁的实验原理、注意事项、实验现象等是正确解答本题的关键．