Question

【題目】某興趣小組對工業(yè)煉鐵的相關知識進行了深入研究。

（知識回顧）工業(yè)煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣，下列相關知識的歸納，正確的是_____。

A 工業(yè)煉鐵得到的是純鐵

B CO還原氧化鐵的反應屬于置換反應

C 焦炭燃燒放熱，提高爐溫，并轉(zhuǎn)化成CO

D 煉鐵高爐排放的廢氣對空氣無污染

（提出問題）該小組同學發(fā)現(xiàn)甲烷的性質(zhì)與氫氣、一氧化碳有很多相似之處。氫氣、一氧化碳具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？

（查閱資料）1 無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變?yōu)樗{色。

2 鐵的氧化物與稀硫酸反應時無氣體生成

（實驗探究）為探究上述問題，設計如下裝置并進行實驗。

（1）實驗開始時先通一段時間甲烷的目的是_____________________。

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質(zhì)玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到________（填實驗現(xiàn)象），說明有鐵生成；B中白色固體變藍，說明有_____生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成。

（結(jié)論）甲烷有還原性。若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學方程式為__________________________。

（反思質(zhì)疑）查閱資料得知：酒精燈加熱時達不到高溫，生成物中可能混有鐵的其他氧化物FexOy．為探究甲烷與氧化鐵反應后所得黑色粉末的成分，繼續(xù)進行如下實驗：

（1）探究黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)：

①將如圖各裝置按照一定順序連接，接口順序是a→_____→_____→d（填序號）。

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g。計算黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)。_______________（寫出計算過程，結(jié)果保留到0.1%）

（2）確定黑色粉末中FexOy的化學式：

檢查如圖裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，經(jīng)檢驗全都是鐵。若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy的化學式為_____。從環(huán)保角度分析，如圖裝置存在的明顯缺陷是_____________________________。

Answer 1

【答案】C 排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時產(chǎn)生爆炸 有氣泡產(chǎn)生 水 4Fe2O3+3CH4 8Fe+6H2O+3CO2 c b 19.4% FeO 未進行尾氣處理

【解析】

[知識回顧]

A 工業(yè)煉鐵得到的是含有碳等雜質(zhì)的生鐵，不是純鐵；

B 一種單質(zhì)和一種化合物生成另一種單質(zhì)和一種化合物的反應叫置換反應，CO還原氧化鐵的反應兩種反應物都是化合物，不屬于置換反應；

C 焦炭燃燒生成二氧化碳時放出大量熱，提高爐溫，二氧化碳和碳在高溫下反應生成CO；

D 煉鐵高爐排放的廢氣中有一氧化碳，對空氣有污染；故選C；

[實驗探究]（1）點燃或加熱有空氣的混合物易發(fā)生爆炸，實驗開始時先通一段時間甲烷的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時產(chǎn)生爆炸；

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質(zhì)玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變成淺綠色，說明有鐵生成；B中白色固體變藍，說明有水生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成；

[結(jié)論]甲烷有還原性。若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學方程式為4Fe2O3+3CH4 8Fe+6H2O+3CO2；

[反思質(zhì)疑]（1）探究黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)：

①將如圖各裝置按照一定順序連接，生成氣體進入集氣瓶，在壓力的作用下水進入量筒，進入量筒的水的體積等于進入集氣瓶氫氣的體積，接口順序是a→c→b→d；

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g。設黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為x，

x=1.4g

黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù):

；

（2）檢查如圖裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，經(jīng)檢驗全都是鐵，則氧元素的質(zhì)量為：7.2g-

5.6g=1.6g，若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy，鐵與氧元素的原子個數(shù)比為：，化學式為FeO。從環(huán)保角度分析，如圖裝置存在的明顯缺陷是沒有尾氣處理裝置，易導致污染空氣。