早在春秋战国时期,我国就开始生产和使用铁器.工业炼铁把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来.一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为:
.其中,石灰石起作用
.
某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时,对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究.
【提出问题】单质碳也具有还原性,碳还原氧化铁的化学方程式为
.为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石?
【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应不易完全.
【进行实验】实验步骤及注意事项如下:
①称取两份相同质量的氧化铁粉末.一份与足量的碳粉均匀混合放入图1装置A的试管中;另一份放入图1装置B的玻璃管中.
②图1装置A和B两组实验同时开始进行.在图1装置B的反应中,实验开始前应先
(选填“通CO”或“加热”); 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温,其原因是
.
【实验现象】当图1装置B的玻璃管中固体完全由
时(选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”),图1装置A的试管中仍有
.
【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应确实不易完全,这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因.
【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质,甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生.为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO
2,将该气体通过图2的检验装置.图2A装置中的试剂是(写名称,下同)
,图2B装置中的试剂是氢氧化钠溶液,用以吸收二氧化碳(2NaOH+CO
2═Na
2CO
3+H
2O );证明原混合气体中CO
2存在的实验现象是
;证明原混合气体中CO存在的实验现象是
;经过检验,证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO
2,因此图1装置A的不足之处是
.
【拓展延伸】要炼出含铁96%的生铁4000t,至少需要含氧化铁80%的赤铁矿石的质量是多少?(请写出详细的计算过程,结果保留一位小数)