Question

【题目】精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杂质，可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式：

FexOy+yH2xFe+yH2O、Fe3C+2H23Fe+CH4

（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式：__________________；

（2）焙烧中加入焦炭的作用：__________________、________________。（写出两条）

（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，按如下装置进行实验。

已知3CH4+4Fe2O33CO2+6H2O+8Fe（假设每步反应都完全且不考虑装置内原有空气对测定结果的影响）。

（3）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分别熄灭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①→______→______→______→______→______→⑦。

步骤②和③能否交换？________（填“能”或“不能”），原因是_________________。

（4）步骤⑤和⑥能否交换？________（填“能”或“不能”），原因是_________________。

（5）装置F的作用是___________，若缺少装置F，则所测氧元素质量分数将______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”下同），碳元素质量分数将_________。

（6）粗还原铁粉样品质量为5.0g，装置B、E分别增重0.54g和0.44g,则样品中氧元素质量分数为________；碳元素的质量分数为_________________。

Answer 1

【答案】Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 制取CO 提供热量 ③ ④ ② ⑤ ⑥ 防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入E装置 不能 氢气不纯加热易发生爆炸 不能 防止浓硫酸倒吸，炸裂玻璃管 偏大 偏大 9.6% 2.4%

【解析】

（1）在高温的条件下，一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

（2）焙烧中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反应所需高温外，还能和二氧化碳反应生成还原剂一氧化碳；故填：作燃料提供反应所需高温；能和二氧化碳反应生成还原剂一氧化碳；
（3）主要实验步骤如下：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；缓缓通入纯净干燥的H2；点燃C处酒精灯；点燃A处酒精灯；分别熄灭A、C处酒精灯；再缓缓通入少量H2直至装置冷却；再次称量必要装置的质量。故顺序为①；③；④；②；⑤；⑥；⑦。

氢气具有可燃性，不纯时加热易发生爆炸，所以要先通入一会儿氢气排净空气后再点燃酒精灯加热，以防氢气不纯加热发生爆炸；

（4）若停止加热时，也停止通入氢气可能会造成浓硫酸倒吸，炸裂玻璃管；

（5）装置F的作用是防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入E装置，若缺少装置F，则所测氧元素质量分数将偏大，碳元素的质量分数将偏大；

（6）装置B增重0.54g，则说明粗还原铁粉与氢气反应生成水的质量为0.54g，因此生成水中氧元素质量=0.54g××100%=0.48g；

样品中氧元素的质量分数为：×100%=9.6%；

装置E增重0.44g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.44g，生成二氧化碳中碳元素质量为：0.44g××100%=0.12g；

样品中碳元素的质量分数为：×100%＝2.4%。