Question

钢铁是重要的金属材料，在工农业生产和生活中应用非常广泛．
Ⅰ．铁的冶炼
工业炼铁的原理是高温下用CO作还原剂，将铁从氧化物中还原出来．请回答下列问题：
（1）高炉炼铁中，焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外，还能

 

；
（2）某钢铁厂每天消耗5000t含氧化铁80%的赤铁矿石，该厂理论上可日产含铁98%的生铁的质量是多少？
Ⅱ．实验探究炼铁原理
某化学兴趣小组在实验室中模拟工业炼铁的原理，并探究CO与Fe₂O₃反应后的产物．
通过查阅资料知道：①草酸（H₂C₂O₄）固体与浓硫酸混合加热会产生一氧化碳，反应方程式为：H₂C₂O₄

浓硫酸  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O．
②NaOH溶液可以吸收二氧化碳，反应方程式为：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O
③常温下，Ca（OH）₂微溶于水；
于是他设计了如图1的实验装置，结合装置回答下列问题

（1）图1A是用固体草酸和浓硫酸制取CO的反应装置，你认为应选择图2中的

 

（填装置编号）；

（2）图1中装置C、D的作用分别是

 

、

 

；
（3）为了证明产物中有二氧化碳，装置F中的试剂应该是少量的澄清石灰水，该反应的化学方程式为

 

；
（4）该装置设计有一个明显缺陷，你认为是

 

．
（5）实验时准确称取一定质量纯净的Fe₂O₃固体按图1进行实验，当E中固体全部变黑后，继续通入CO直到玻璃管冷却．将得到黑色的固体加入到足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生．
查阅资料：a．铁的氧化物在足量的稀盐酸中均能全部溶解．
b．Fe₂O₃与CO反应的固体生成物可能情况如下：
Fe₂O₃

400℃-500℃

Fe₃O₄

500℃-600℃

FeO

700℃-800℃

Fe
根据“无气泡”猜想，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②

 

③

 

．
（6）定量分析用电子天平称量得部分数据如下：

	玻璃管质量	玻璃管及其中固体的质量	装置F及其中物质的总质量
反应前	28.20g	33.00g	300.0g
反应后		32.84g	300.4g

根据上述数据，请选择有效的数据，推断出反应后黑色固体的成分．（写出计算过程）

Answer 1

考点：铁的冶炼,常见气体的检验与除杂方法,二氧化碳的检验和验满,酸的化学性质,根据化学反应方程式的计算

专题：金属与金属材料

分析：Ⅰ、焦炭燃烧放出热量；利用赤铁矿石的质量与赤铁矿石中氧化铁的质量分数和生铁中铁的质量分数，根据氧化铁与一氧化碳反应的化学方程式，可以计算出生铁的质量．
Ⅱ、（1）根据反应条件和反应物状态选择发生装置；
（2）用氢氧化钙溶液验证二氧化碳气体，浓硫酸具有吸水性，常用来干燥气体；
（3）用氢氧化钙溶液验证二氧化碳气体；
（4）一氧化碳有毒，可据其可燃性进行处理后变成无害物质再排放．
（5）根据反应现象分析．
（6）纯净的Fe₂O₃固体质量=玻璃管及其中固体的质量-玻璃管质量，根据玻璃管及其中固体的质量的变化推算反应后黑色固体的成分．

解答：解：Ⅰ、（1）加入焦炭，其作用除了可以生成一氧化碳外，还能提供热量；故填：提供热源，维持炉温；
（2）解：设日产含Fe 98%的生铁的质量为x．
    Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂
     160          112
5000t×80%       x×98%

160

112

=

5000t

x×98%

x=2857t
答：理论上可日产含含铁98%的生铁的质量为2857t．
Ⅱ、（1）草酸（H₂C₂O₄）与浓硫酸混合加热会产生一氧化碳，反应物均为液体，且需要加热，所以选择发生装置丁；故填：丁；
（2）装置C证明CO₂是否已经除尽；浓硫酸具有吸水性，常用来干燥气体；故填：证明CO₂是否已经除尽；吸收水分；
（3）澄清的石灰水可以用来验证二氧化碳气体；方程式为：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；故填：CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O；
（4）一氧化碳有毒，不能直接排放．缺少尾气处理装置；故填：缺少尾气处理装置；
（5）加入足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生，说明没有铁生成，这样就是Fe₃O₄和FeO的组合了，黑色粉末可能是：①Fe₃O₄；②FeO③Fe₃O₄和FeO．
故填：FeO；Fe₃O₄和FeO；
（6）纯净的Fe₂O₃固体质量为：33.00g-28.20g=4.80g，其中铁元素的质量为4.80g×

112

160

×100%=3.36g，氧元素的质量为4.80g-3.36g=1.44g；反应后损失的氧元素的质量为33.00g-32.84g=0.16g，所以设反应后黑色固体Fe_xO_y，则铁元素：氧元素=56x：16y=3.36g：（1.44g-0.16g）；解得x：y=3：4．
故反应后黑色固体是Fe₃O₄．
故填：Fe₃O₄．

点评：此题是对炼铁知识的考查，解决的关键是知道炼铁的原理、原料及过程，题目综合性较强．