Question

【題目】鐵是生活中常用的金屬，請(qǐng)你根據(jù)學(xué)習(xí)回答下列問(wèn)題

（1）金屬元素在自然界中分布很廣，除極少數(shù)不活潑的金屬（如鉑、金、銀）以 形式存在，其余大多數(shù)以化合物的存在。金屬化合物在自然界中以礦物的形式存在。含有礦物的巖石稱作為礦石。鐵的礦物主要有赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦等，生產(chǎn)生活中常用金屬礦物冶煉金屬，而一般情況下，不選擇黃鐵礦（FeS2）來(lái)煉鐵，原因之一是

原因二是生成的二氧化硫會(huì)污染空氣。

（2）冬天使用的“取暖片”中，發(fā)熱劑的主要成分有鐵粉、活性炭、氯化鈉、水等，發(fā)熱劑需接觸到空氣才會(huì)發(fā)熱，原因是鐵要與 、 等物質(zhì)共同作用才會(huì)“生銹”。

（3）第一種新型材料納米級(jí)Fe粉在空氣中易自燃，它能用作高效催化劑。實(shí)驗(yàn)室采用還原法制備納米級(jí)Fe粉，其流程如圖所示:

①完成上述制作工藝Ⅱ中發(fā)生置換反應(yīng)的化學(xué)方程式（氮?dú)獠粎⑴c反應(yīng)）: 。

②在制備納米級(jí)Fe粉的工藝流程中，通入N2的目的是 。

第二種新型納米材料MFe2OX（3<x<4）中M表示+2價(jià)的金屬元素，在反應(yīng)中化合價(jià)不發(fā)生變化。常溫下，MFe2OX能使工業(yè)廢氣中的SO2轉(zhuǎn)化為S，轉(zhuǎn)化流程如下圖所示:已知MFe2Oy中Fe為+3價(jià)。

③比較X Y（填大于、對(duì)于或小于）

④該化學(xué)反應(yīng)中SO2 （填是或不是）催化劑。

（4）為了研究煉鐵的主要反應(yīng)原理，某化學(xué)興趣小組的同學(xué)用一氧化碳還原氧化鐵做實(shí)驗(yàn)。裝置如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

①組裝好儀器后，檢查氣密性并在玻璃管中裝入紅色氧化鐵粉末后的實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)?/span>

A．通一氧化碳

B．點(diǎn)燃給硬質(zhì)玻璃管加熱的酒精噴燈

C．點(diǎn)燃處理尾氣的酒精燈

D．檢驗(yàn)一氧化碳的純度

②實(shí)驗(yàn)中硬質(zhì)玻璃管內(nèi)可以觀察到的現(xiàn)象為:

③焦炭和一氧化碳都能在高溫下跟鐵礦石中的氧化鐵反應(yīng)，生成鐵和二氧化碳，試寫(xiě)出焦炭與氧化鐵反應(yīng)的方程式:

④右側(cè)尾氣處理的原理用化學(xué)方程式表示為:

⑤某學(xué)校研究性學(xué)習(xí)小組為了測(cè)定某煉鐵廠生產(chǎn)出來(lái)的生鐵（鐵碳合金，其中含碳量2～4.3%）是否達(dá)到要求，取來(lái)了一些生鐵樣品，并取稀鹽酸100g，平均分成4份，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下:

實(shí)驗(yàn)	1	2	3	4
稀鹽酸的質(zhì)量/g	25	25	25	25
加入樣品的質(zhì)量/g	3	6	9	12
生成的H2質(zhì)量/g	0.1	0.2	0.25	m

Ⅰ上表中的m的數(shù)值為 。

Ⅱ試計(jì)算這種生鐵樣品中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并判斷是否達(dá)到要求。（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位）

Answer 1

【答案】（1）單質(zhì)（游離態(tài)） 含鐵量低且含硫元素，冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化硫

（2）H2O、O2

（3）①FeCl2 + H2高溫Fe +2HCl

②防止生成的鐵粉遇氧氣自燃（隔離氧氣防止鐵粉氧化）③小于④不是

（4）① dcba ② 紅棕色固體變黑色 ③ 3C+2Fe2O3==4Fe+3CO2 ↑

④2CO + O2 點(diǎn)燃 2CO2 ⑤Ⅰ、0.25 Ⅱ、不符合要求

【解析】

試題分析：（1）金屬元素在自然界中分布很廣，除極少數(shù)不活潑的金屬（如鉑、金、銀）以單質(zhì)（游離態(tài)）形式存在；一般情況下，不選擇黃鐵礦（FeS2）來(lái)煉鐵，原因之一：含鐵量低且含硫元素，冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體二氧化硫

（2）鐵生銹的條件是與空氣中 H2O、O2等物質(zhì)共同作用的結(jié)果

（3）①根據(jù)工藝流程Ⅱ中發(fā)生置換反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeCl2 + H2高溫Fe +2HCl

②由于納米級(jí)Fe粉在空氣中易自燃，故在制備納米級(jí)Fe粉的工藝流程中，通入N2的目的是防止生成的鐵粉遇氧氣自燃（隔離氧氣防止鐵粉氧化）

③根據(jù)信息：常溫下，MFe2OX能使工業(yè)廢氣中的SO2轉(zhuǎn)化為S，同時(shí)轉(zhuǎn)化為MFe2Oy，由于SO2轉(zhuǎn)化為S，提供了氧，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，原子的個(gè)數(shù)不變，故X小于Y

④該化學(xué)反應(yīng)中SO2是反應(yīng)物，而不是催化劑

（4）① 由于一氧化碳不純?cè)邳c(diǎn)燃或加熱時(shí)可能爆炸，故反應(yīng)前要先通CO，排盡裝置內(nèi)的空氣；同時(shí)一氧化碳有毒，故要進(jìn)行尾氣處理，所以實(shí)驗(yàn)操作順序?yàn)椋?/span>dcba

②氧化鐵被還原成單質(zhì)鐵，故實(shí)驗(yàn)中硬質(zhì)玻璃管內(nèi)可以觀察到的現(xiàn)象為: 紅棕色固體變黑色

③焦炭和一氧化碳都能在高溫下跟鐵礦石中的氧化鐵反應(yīng)，生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的方程式為：3C+2Fe2O3高溫4Fe+3CO2 ↑

④右側(cè)尾氣處理的原理是利用一氧化碳的可燃性，故化學(xué)方程式表示為：2CO + O2 點(diǎn)燃 2CO2

⑤數(shù)據(jù)的分析和處理題，一定要找出數(shù)據(jù)的規(guī)律性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)規(guī)律被打破的原因，很明顯該數(shù)據(jù)的規(guī)律是：固定稀鹽酸的質(zhì)量25g不變，每加入樣品的質(zhì)量為3g，生成的H2質(zhì)量0.1g，所以當(dāng)加入加入樣品的質(zhì)量為9g時(shí)，生成的H2質(zhì)量0.3g，而實(shí)際生成的H2質(zhì)量0.25g，規(guī)律被打破，說(shuō)明反應(yīng)結(jié)束，稀鹽酸不夠，故上表中的m的數(shù)值為0.25

Ⅱ、根據(jù)化學(xué)方程式：Fe+2HCl ==== FeCl2 +H2 ↑中Fe與H2的質(zhì)量關(guān)系，可計(jì)算出鐵的質(zhì)量，進(jìn)一步算出生鐵樣品中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

解：設(shè)鐵的質(zhì)量為x

Fe +2HCl ==== FeCl2 + H2 ↑

56 2

x 0.1g

56/x==2/0.1g

x=2.8g

生鐵樣品中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=（3g-2.8g）/3g=6.7%，不在2～4.3%之間

所以不符合要求