Question

钢铁工业是国家工业的基础．
（1）如图1是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图，根据图示回答下列问题．若图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，请写出A区和B区所发生主要反应的化学方程式：A区

Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂

；B区

C+O₂

高温  .

CO₂

，

，CO₂+C

高温  .

2CO

；
焦炭作用是

提供热量

、

制取CO、

；
（2）某兴趣小组在实验室中模拟炼铁化学原理的实验，对固体产物成分等进行探究．
[设计实验]用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实验装置如图2．
[进行实验]该小组按上述实验设计，在一定温度下进行了实验，测得下列数据：
①反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量66.0g（玻璃管的质量为60.0g）
②反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量64.2g（冷却到室温称量）
[分析与讨论]本实验中，玻璃管内固体粉末由红色全部变为黑色．袁超同学认为该黑色固体全部是铁，但姜宇同学提出了质疑，于是大家提出查阅资料．
[查阅资料]
①一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关．
②一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁．
③见右表

物质性质	四氧化三铁	氧化亚铁	氧化铁	铁粉
颜色	黑色	黑色	红色	黑色
能否被磁铁吸引	能	不能	不能	能

[实验与猜想]①该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和

氧化亚铁

．
②进行猜想：黑色固体粉末可能a．全部为铁     b．

全部为四氧化三铁

  c．

四氧化三铁与铁粉的混合物

．
[得出结论]通过实验中获得的数据进行计算，得出黑色固体粉末为（写名称）

铁

．
[反思与评价]①一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间．
②实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有

A、C

．
A．收集一氧化碳     B．检验二氧化碳     C．吸收二氧化碳．
③若该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，若它是四氧化三铁、铁混合物，必须具备的条件是：反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量范围（冷却到室温称量）

大于64.2g，小于65.8g

．

Answer 1

分析：（1）根据A区主要生成铁B区主要生成一氧化碳分析发生的反应，写出反应的方程式；根据炼铁的原理分析焦炭的作用；
（2）[实验与猜想]①根据题意黑色固体粉末全部能被吸引分析不可能含有的物质；
②根据铁和四氧化三铁都是黑色、都能被磁铁吸引，对黑色粉末进行猜想．
[得出结论]根据氧化铁的质量，可求出铁的质量和含有的氧元素的质量，再根据减少的质量分析黑色固体粉末的成分．
[反思与评价]②根据一氧化碳有毒能污染空气需要处理尾气和二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应分析．
③利用极值法计算分析，假设全部是铁，可求出铁的质量，再假设全部是四氧化三铁，再求出四氧化三铁的质量，应介于二者之间．

解答：解：（1）由炼铁的原理可知，在A区发生的反应主要是：在高温条件下，一氧化碳将氧化铁还原为铁同时生成了二氧化碳，反应的方程式是：Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂；在B区中，发生的反应主要是碳燃烧生成了二氧化碳，二氧化碳在高温条件下，与碳反应生成了一氧化碳，反应的方程式是：C+O₂

高温  .

CO₂，CO₂+C

高温  .

2CO；由炼铁的原理可知，焦炭作用是 提供热量、制取CO；
（2）①由题意可知，黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和氧化亚铁．
②由题意可知，黑色固体粉末全部能被吸引，黑色固体粉末可能是全部为铁或全部为四氧化三铁或四氧化三铁与铁粉的混合物．
[得出结论]由实验的数据可知，氧化铁的质量为：66.0g-60.0g=6g，这些氧化铁中含有的氧元素的质量为：6g×

16×3

56×2+16×3

×100%=1.8g．则铁的质量为：6g-1.8g=4.2g，如果6g的氧化铁全部炼成铁，减少的适量应是1.8g，由题意可知，固体减少的质量为：66g-64.2g=1.8g，所以，黑色粉末全部是铁．
[反思与评价]②由于一氧化碳有毒能污染空气需要处理尾气，二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应．所以，虚线框内的装置，其作用是收集一氧化碳和吸收二氧化碳．
③假设生成的产物全部是铁，由上述分析可知，铁的质量为4.2g．则反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量=60g+4.2g=64.2g；
假设全是四氧化三铁，设生成的四氧化三铁质量是x
CO+3Fe₂O₃

高温  .

2Fe₃O₄+CO₂
   480        464   
   6g           x

480

464

=

6g

x

  解得  x=5.8g
所以，反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量60g+5.8g=65.8g
由上分析可知，若它是四氧化三铁、铁混合物，必须具备的条件是：反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量范围大于64.2g，小于65.8g．
故答为：（1）Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂；C+O₂

高温  .

CO₂，CO₂+C

高温  .

2CO；提供热量，制取CO；
（2）[实验与猜想]①氧化亚铁；②全部为四氧化三铁，四氧化三铁与铁粉的混合物．
[得出结论]铁；
[反思与评价]A，C；③大于64.2g，小于65.8g．

点评：本题综合性较强，较全面的考查了一氧化碳还原氧化铁，尤其是利用数据对混合物的判断增加了试题难度，掌握反应前后元素的质量不变，并会结合方程式分析即可顺利解答．