17.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3CO+Fe
2O
3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO
2.某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时,对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究.
【提出问题】单质碳也具有还原性,碳还原氧化铁的化学方程式为3C+2Fe
2O
3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO
2↑.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如图装置A的试管中;另一份放入如图装置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,实验开始前应先通CO(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,其原因是防止高温下铁又被进入的空气氧化.
【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由时红色变为黑色(选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”),装置A的试管中仍有红色物质.
【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:焦炭是固体,不容易和生成的铁分离.
【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,将该气体通过如图的检验装置,正确的连接顺序是C→D→C→E→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CO
2,因此装置A的不足之处是缺少尾气处理装置.