Question

【题目】粗还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究： [物质制备]利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：
粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe3C，可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式为：FexOY+yH2 xFe+yH2O Fe3C+2H2 3Fe+CH4
（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式 ．
（2）焙烧中加焦炭的作用除了可以生成CO外，还能 ．
（3）[含量测定]为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行试验，已知 3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe （假设每步反应都完全且不考虑装置内原来有空气对测定结果的影响）．
主要实验步骤如下：
①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；②点燃A处酒精灯；③缓缓通入纯净干燥的H2；④点燃C处酒精灯；⑤分别熄灯A、C处酒精灯；⑥再缓缓通入少量H2；⑦再次称量必要装置的质量．
操作的先后顺序是①③⑤⑥⑦（填序号）；
（4）步骤③的目的是 ， 验证该步骤目的达到的实验方法是；步骤⑥的目的是
（5）若装置D、E分别增重mg和ng，则m与n的关系为 A.11m=9n B.11m＜9n C.11m＞9n
若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将（填“偏大”、“偏小”或“等于”．下同）．碳元素的质量分数将 ．
（6）粗还原铁粉样品的质量为10.000g，装置B，E分别增重0.180g和0.220g．计算样品中氧和碳元素的质量分数（要求计算过程）．

Answer 1

【答案】
（1）Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
（2）提供热量
（3）④②
（4）除去装置内的氧气，防止发生爆炸；收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用
（5）C；等于；偏大
（6）解：装置B增重0.180g，则粗还原铁粉与氢气反应生成水的质量为0.180g，生成水中氧元素质量=0.180g× ×100%=0.160g；

样品中氧元素的质量分数= ×100%=1.6%

装置E增重0.220g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.220g，生成二氧化碳中碳元素质量=0.220g× ×100%=0.060g；

样品中碳元素的质量分数= ×100%=0.6%

答：样品中氧和碳元素的质量分数分别为1.6%、0.6%．

【解析】解：（1）氧化铁在高温条件下能与CO发生反应生成铁与二氧化碳，反应的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；（2）焦炭燃烧放出大量的热，产生的热量使装置内其它反应得以发生；（3）根据题目中的假设情况，为使装置A反应产生的甲烷气体全部在装置C中发生反应，操作时应先将C处酒精灯点燃，然后再点燃A处酒精处；（4）步骤③的目的是 除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；有剩余则没有完全被除掉；步骤⑥的目的是 防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用 （5）若装置D、E分别增重mg和ng，当只有甲烷参与反应时可以求出二氧化碳和水的质量比为9：11，可求m与n的关系．

3CH4+4Fe2O3 8Fe+	3CO2+	6H2O
	3×44	6×18
	n	m

= =
由于是加热C在前，所以导致会先生成水，导致水的质量多，所以是9n＜11m，所以选C．
若缺少装置D，氧元素的测定时取决于B装置的吸收，所以是不会影响的（后面与氧化铁的反应物是甲烷气体反应造成的，所以二氧化碳中的氧元素不会影响到）．碳元素的质量分数是通过吸收二氧化碳，也可以说通过E装置的质量增加来实现，当D不存在时，导致部分水被E吸收，而被误当成二氧化碳进行计算，导致碳元素质量增加，进而使含碳量偏大．
所以答案是：（1）Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2；（2）提供热量；（3）④②；（4）除去装置内的氧气，防止发生爆炸； 收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用 （5）C；等于；偏大；（6）装置B增重0.180g，则粗还原铁粉与氢气反应生成水的质量为0.180g，生成水中氧元素质量=0.180g× ×100%=0.160g；
样品中氧元素的质量分数= ×100%=1.6%
装置E增重0.220g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.220g，生成二氧化碳中碳元素质量=0.220g× ×100%=0.060g；
样品中碳元素的质量分数= ×100%=0.6%
答：样品中氧和碳元素的质量分数分别为1.6%、0.6%．
【考点精析】解答此题的关键在于理解一氧化碳还原氧化铁的相关知识，掌握原理：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．