14.钢铁工业是国家工业的基础.
I.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区发生主要反应的化学方程式:Fe
2O
3+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO
2.
Ⅱ.如图2所示,化学兴趣小组同学在实验室里利用碳和氧化铁反应模拟炼铁,得到了无色气体A和黑色粉末B,并探究两者的成分.
(一)甲组同学对无色气体A的成分进行探究.
【猜想与假设】
猜想1:A中只有CO
2; 猜想2:A中只有CO; 猜想3:A中有CO
2和CO.
【实验验证】
甲组同学按如图3所示进行实验(箭头表示气体流向,NaOH溶液的作用是除去气体中的CO
2).
【讨论交流】
实验证实猜想3正确,则:
(1)Ⅰ中澄清石灰水的作用是检验CO
2,能证明猜想3成立的现象是Ⅰ中澄清石灰水变浑浊,Ⅲ中黑色固体变为红色(或I、Ⅳ中澄清石灰水均变浑浊).
(2)Ⅲ中反应的化学方程式CO+CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO
2.
(二)乙组同学对黑色粉末B的成分进行探究.
【查阅资料】
①碳(或一氧化碳)还原氧化铁的固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁.
②碳(或一氧化碳)还原氧化铁的产物成分与反应温度、反应时间等因素有关.
③
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 |
【初步实验与猜想】
①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(或FeO).
②进行猜想:黑色固体粉末可能是:
猜想一:全部是Fe;猜想二:全部是Fe
3O
4;猜想三:是Fe和Fe
3O
4的混合物.
【进一步实验】该小组按如图4装置设计实验,在一定温度下进行了实验,测得下列数据:
①应前称取5.8g黑色粉末B加入玻璃管内 (玻璃管的质量为60.0g)
②充分反应后管内固体全部是铁,玻璃管和管内固体的总质量64.2g(已冷却到室温).
【得出结论】根据上述数据,经计算得出该黑色粉末B是Fe
3O
4.
【反思与评价】碳(或一氧化碳)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.