Question

鐵礦石冶煉成鐵是一個(gè)復(fù)雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來．一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為

 

．某化學(xué)興趣小組同學(xué)在學(xué)習(xí)煉鐵的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，對煉鐵時(shí)還原劑的選擇進(jìn)行了如下探究．
【提出問題】單質(zhì)碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式為

 

．為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？
【猜想與假設(shè)】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應(yīng)不易完全．
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)如下：
①稱取兩份相同質(zhì)量的氧化鐵粉末．一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的試管中；另一份放入下圖裝置B的玻璃管中．
②裝置A和B兩組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開始進(jìn)行．在裝置B的反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先

 

（選填“通CO”或“加熱”）； 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是

 

．


【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】當(dāng)裝置B的玻璃管中固體完全由

 

時(shí)（選填“紅色變?yōu)楹谏�”或“黑色變�(yōu)榧t色”），裝置A的試管中仍有

 

．
【解釋與結(jié)論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應(yīng)確實(shí)不易完全，這可能是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個(gè)原因．
【交流與反思】經(jīng)過查閱資料和討論，該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個(gè)：

 

．
【完善實(shí)驗(yàn)】聯(lián)想到單質(zhì)碳的一些化學(xué)性質(zhì)，甲同學(xué)認(rèn)為在碳還原氧化鐵的反應(yīng)中可能還會(huì)有CO產(chǎn)生．為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，將該氣體通過下圖的檢驗(yàn)裝置，正確的連接順序是

 

（選填字母，裝置可重復(fù)使用）．經(jīng)過檢驗(yàn)，證實(shí)碳還原氧化鐵所得的氣體中確實(shí)含有CO和CO₂，因此裝置A的不足之處是

 

．
【拓展延伸】乙同學(xué)用下圖測定鐵的相對原子質(zhì)量，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下（必要的固定裝置已略去）：
①連接裝置并檢查裝置氣密性；
②加入藥品和水；
③記錄c中液面刻度（c為帶有刻度的玻璃管）；
④由a向b中滴加稀硫酸至過量；
⑤待b中不再有氣體產(chǎn)生并恢復(fù)至室溫后，記錄c中液面刻度，計(jì)算得到氣體的體積為V mL（經(jīng)查，室溫室壓下該氣體密度為ρ g/L）．
（1）檢驗(yàn)該裝置氣密性的方法是

 

．
（2）為使測得的氣體體積更精確，記錄c中液面刻度時(shí)，除使視線與凹液面的最低處相平外，還應(yīng)

 

．
（3）如果實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)稀硫酸的量不足，應(yīng)

 

（選填“中途加酸”或“重新實(shí)驗(yàn)”）．
（4）丙同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中由于缺少某一步驟導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺乏而無法計(jì)算，該步驟是

 

．

Answer 1

分析：熟記一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)式；
【提出問題】熟記碳還原氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)式；
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】②根據(jù)可燃性氣體與空氣混合加熱時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)考慮；
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】根據(jù)氧化鐵是紅色，鐵粉是黑色分析判斷現(xiàn)象；
【交流與反思】根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成后還要考慮分離出所要得到的物質(zhì)考慮；
【完善實(shí)驗(yàn)】根據(jù)澄清石灰水可以檢驗(yàn)二氧化碳、氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以還原氧化銅并生成二氧化碳?xì)怏w考慮；
【拓展延伸】（1）認(rèn)真分析其原理，利用大氣壓強(qiáng)的知識來解釋檢驗(yàn)裝置氣密性的方法；
（2）為使測得的氣體體積更精確，記錄c中液面刻度時(shí)，除使視線與凹液面的最低處相平外，還應(yīng)d處觀察上升的是否與c中下降的一致；以盡量減少誤差；
（3）如果實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)稀硫酸的量不足，應(yīng)中途加酸還是重新實(shí)驗(yàn)：中途添加酸時(shí)，會(huì)造成氣體逸散，影響氣體體積的精確測量
（4）已知?dú)怏w的體積，根據(jù)密度，可以求出氣體的質(zhì)量；但不知道剩余固體質(zhì)量或鐵粉的質(zhì)量，無法計(jì)算．所以實(shí)驗(yàn)中由于缺少某一步驟導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺乏而無法計(jì)算，該步驟是：測量裝置B反應(yīng)后所得的固體質(zhì)量（或測量鐵粉的質(zhì)量）．

解答：解：一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)式是：3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂．
故答案為：3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂；
【提出問題】碳還原氧化鐵的化學(xué)反應(yīng)式是：3C+2Fe₂O₃

高溫  .

4Fe+3CO₂↑．
故答案為：3C+2Fe₂O₃

高溫  .

4Fe+3CO₂↑；
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】為防止一氧化碳與空氣混合加熱時(shí)，引起爆炸，在實(shí)驗(yàn)前要先通入CO；防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫．
故答案為：通入CO；防止高溫下鐵又被進(jìn)入的空氣氧化；
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】因氧化鐵是紅色，鐵粉是黑色，B中的氧化鐵被完全還原后，由紅色變成黑色．此時(shí)由于A中的氧化鐵還沒有被完全還原，仍有紅色物質(zhì)．
故答案為：紅色變?yōu)楹谏�；紅色物質(zhì)；
【交流與反思】實(shí)驗(yàn)完成后還要考慮分離出所要得到的鐵，焦炭和鐵都是固體，不易分離，也是不用碳還原氧化鐵的原因．
故答案為：焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（合理即可）
【完善實(shí)驗(yàn)】澄清石灰水可以檢驗(yàn)二氧化碳、氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以還原氧化銅并生成二氧化碳?xì)怏w，所以先用C檢驗(yàn)二氧化碳的存在，為防止二氧化碳影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，再用D中的氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，再次連接C檢查二氧化碳是否被完全吸收；然后將氣體通過E，并再次連接C，如果氧化銅由黑色變成紅色，C中的澄清石灰水變渾濁，說明有一氧化碳?xì)怏w．因有一氧化碳存在，要進(jìn)行尾氣處理，而圖中缺少此裝置．
故答案為：C→D→C→E→C；缺少尾氣處理裝置；
【拓展延伸】（1）注意檢驗(yàn)該裝置的氣密性的方法：提高d管，靜止片刻后，c、d液面仍存在高度差，則氣密性良好．
故答案為：提高d管，靜止片刻后，c、d液面仍存在高度差，則氣密性良好；
（2）除使視線與凹液面的最低處相平外，還應(yīng)d處觀察上升的是否與c中下降的一致．
故答案為：使d、c中的液面相平；
（3）中途添加酸時(shí)，會(huì)造成氣體逸散，影響氣體體積的精確測量，所以要重新實(shí)驗(yàn)．
故答案為：重新實(shí)驗(yàn)；
（4）已知?dú)怏w的體積，根據(jù)密度，可以求出氣體的質(zhì)量，但不知道裝置B反應(yīng)后所得的固體質(zhì)量（或測量鐵粉的質(zhì)量），無法計(jì)算．實(shí)驗(yàn)中由于數(shù)據(jù)缺乏而無法計(jì)算，該步驟是：裝置B反應(yīng)后所得的固體質(zhì)量（或測量鐵粉的質(zhì)量）．
故答案為：測量裝置B反應(yīng)后所得的固體質(zhì)量（或測量鐵粉的質(zhì)量）．

點(diǎn)評：本題以實(shí)驗(yàn)探究的形式考查化學(xué)反應(yīng)式的書寫、實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)、以及不用碳還原氧化鐵的原因，還有相關(guān)的拓展實(shí)驗(yàn)，可謂考查詳盡，即考查了知識，又培養(yǎng)了學(xué)生的細(xì)心、耐心分析解決問題的能力．