Question

（8分）铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程，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 。某兴趣小组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，为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石？焦炭还原四氧化三铁的化学方程式为 。

【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。

【查阅资料】氢氧化钠溶液和澄清石灰水化学性质类似，能与二氧化碳反应，但反应无明显现象。

【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下图装置A的试管中；另一份放入下图装置B的玻璃管中。

②装置A和B两组实验同时开始进行。在装置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”），装置A的试管中仍有红色固体。

【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。

【交流与反思】经过查阅资料和讨论，该小组同学发现除了上述原因外，工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因，试写出其中的一个原因： 。

【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CO2，将该气体通过下图的检验装置，

正确的连接顺序是：C → → → → C （选填字母，装置可重复使用）。

经过检验，证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO2，因此装置A的不足之处是 。

Answer 1

3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2

【提出问题】2C+Fe3O4高温3Fe+2CO2↑

【进行实验】②通CO 防止高温下铁又被进入的空气氧化

【实验现象】红色变为黑色

【交流与反思】焦炭是固体，不容易和生成的铁分离（焦炭中含有杂质会影响铁的纯度，用焦炭做还原剂还需另外提供热量来满足高温的反应条件等，合理即可）

【完善实验】 D→C→E 缺少尾气处理装置

【解析】

试题分析：一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2

【提出问题】焦炭具有还原性，还原四氧化三铁的化学方程式为：2C+Fe3O4高温3Fe+2CO2↑

【进行实验】②在装置B的反应中，实验开始前应先通CO，防止一氧化碳不纯时，在加热可能发生爆炸；实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温，其原因：防止高温下铁又被进入的空气氧化

【实验现象】因为装置B中发生的反应时：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2，故反应现象为：红色变为黑色

【交流与反思】工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因：焦炭是固体，不容易和生成的铁分离（焦炭中含有杂质会影响铁的纯度，用焦炭做还原剂还需另外提供热量来满足高温的反应条件等，合理即可）

【完善实验】 要证明生成气体中含有CO和CO2，应先证明含有二氧化碳，通过澄清石灰水，再来证明是否含有一氧化碳，应根据一氧化碳的还原性，来检验其生成物二氧化碳，这就必须保证原一氧化碳气体中不含二氧化碳，故正确的连接顺序是：D→C→E，证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO2，由于一氧化碳有毒，因此装置A的不足之处是：缺少尾气处理装置

考点：碳、一氧化碳的还原性，一氧化碳的可燃性及毒性，工业炼铁的原理