Question

（11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。

【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                        。

【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：            。

【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                  （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

【答案】

①3CO+Fe₂O₃高温2Fe+3CO₂ （2分）

【提出问题】②3C+2Fe₂O₃高温4Fe+3CO₂↑（2分）

【进行实验】③通CO （1分）④防止高温下铁又被进入的空气氧化（2分）

【实验现象】⑤红色变为黑色 （1分）   ⑥仍有红色物质（1分）

【交流与反思】⑦焦炭是固体，不容易和生成的铁分离（或焦炭中含有杂质，影响铁的纯度；或焦炭与氧气反应生成一氧化碳的同时放出大量的热，可提供一氧化碳还原铁矿石所需的高温，节约能源）（合理即可）（2分）

【完善实验】⑧C→D→C→E→C  （2分）⑨缺少尾气处理装置（2分）

【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】碳还原氧化铁的化学方程式为3C+2Fe₂O₃高温4Fe+3CO₂↑；

【进行实验】②在装置B的反应中，实验开始前应先通CO，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红色变为黑色，装置A的试管中仍有红色物质。

【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，如焦炭是固体，不容易和生成的铁分离（或焦炭中含有杂质，影响铁的纯度；或焦炭与氧气反应生成一氧化碳的同时放出大量的热，可提供一氧化碳还原铁矿石所需的高温，节约能源）（合理即可）

【完善实验】为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO₂，将该气体通过图中的检验装置，正确的连接顺序是C→D→C→E→C；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的不足之处是缺少尾气处理装置，因为一氧化碳有毒，不能直接排入空气中。

考点：实验设计与探究；炼铁的原理；一氧化碳的性质；化学方程式的书写。

点评：书写化学方程式要遵循客观事实和质量守恒定律两个原则，注意化学式要正确，不要忘记反应条件、气体或者沉淀符号。

一氧化碳有还原性，可以还原氧化铁中的铁，一氧化碳有毒，不能直接排入空气，防止污染空气。