Question

【題目】金屬鐵是當今用途最廣的金屬，現研究鐵的冶煉。

（研究一）實驗室模擬煉鐵（裝置如下圖）。

己知：B裝置中的液體為過量的氫氧化鈉與氫氧化鈣混合液，氫氧化鈉吸收二氧化碳能力比氫氧化鈣強。請回答下列問題：

（1）實驗過程中A處玻璃管中的實驗現象：________。

（2）寫出B處反應的化學方程式：________。

（3）實驗裝置按圖連接，請將以下四步按正確操作步驟排序：________（填序號）。

A點燃A處酒精噴燈

B通入CO

C停止通入CO

D熄滅酒精噴燈

（4）實驗裝置圖中虛線框內裝置起到的作用有_________（填序號）。

A收集一氧化碳

B吸收二氧化碳

C檢驗二氧化碳

（5）己知此反應過程中溫度不同，可能生成鐵的不同的氧化物。原固體Fe2O3質量為48.0g，現用熱分析儀記錄CO與Fe2O3進行反應時有關數據，得到固體質量與反應溫度的關系曲線如下圖所示：

根據圖象分析，寫出B點時固體成分的化學式_________。

（研究二）工業煉鐵（裝置如下圖）

（1）焦炭是煉鐵的重要原料之一，其作用有___________。

（2）煉鐵高爐內發生的主要化學反應①的化學方程式為____________。

（3）“高爐氣體”中除二氧化碳外，體積含量最多的氣體是___________。

（4）為測定產物生鐵中單質鐵的質量分數，某興趣小組取用10g生鐵樣品，把100g稀硫酸分四次加入樣品中（假設樣品中除單質鐵外，其他成份不與硫酸反應，也不溶于水），充分反應后經過濾、干燥等操作，最后稱量，得實驗數據如下：

稀硫酸的用量	剩余固體的質量
第一次加入25g	7.2g
第二次加入25g	4.4g
第三次加入25g	1.6g
第四次加入25g	0.2g

①從以上數據可知，第_________次生鐵樣品中的單質鐵已完全反應。

②生鐵樣品中單質鐵的質量分數=__________。

③所用稀硫酸的H2SO4質量分數。（列式計算）_______

Answer 1

【答案】紅棕色固體變成黑色 CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O、CO2+Ca(OH)═CaCO3+H2O BADC ABC Fe3O4 提供高溫、生成一氧化碳 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 氮氣 四 98% 18.9%

【解析】

[研究一]

（1）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下會生成鐵和二氧化碳，所以A中的現象：紅棕色固體變成黑色，故填：紅棕色固體變成黑色；

（2）B裝置中的液體為過量的氫氧化鈉與氫氧化鈣混合液，二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水，二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水，故填：CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O、CO2+Ca(OH)═CaCO3+H2O；

（3）為保證安全和實驗成功，實驗的操作步驟為：通入CO氣體、點燃A處酒精噴燈、熄滅酒精噴燈、停止通入CO氣體，故填：BADC；

（4）氫氧化鈉、氫氧化鈣會與二氧化碳反應，一氧化碳有毒，需要處理，所以實驗裝置圖中采用虛線框內的裝置，其作用有：收集一氧化碳，吸收二氧化碳，檢驗二氧化碳，故選：ABC；

（5）鐵的氧化物有：FeO、Fe3O4、Fe2O3，B點鐵元素的質量等于A點鐵元素的質量，為，B點氧元素的質量為：46.4g-33.6g=12.8g，鐵、氧原子個數比為：，故B點時固體成分的化學式為：Fe3O4。

[研究二]

（1）焦炭是煉鐵的重要原料之一，其作用有燃燒提供高溫，生成一氧化碳使氧化鐵轉化為鐵，故填：提供高溫、生成一氧化碳；

（2）煉鐵高爐內化學反應①是氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故填：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

（3）“高爐氣體”中除二氧化碳外，體積含量最多的氣體是氮氣。故填：氮氣；

（4）①第一、二、三次加入25g稀硫酸，固體質量都減少2.8g，第四次加入25g稀硫酸，固體質量減少1.4g，說明生鐵樣品中的單質鐵已完全反應，故填：四；

②生鐵樣品中單質鐵的質量分數==98%。故填：98%；

③由表格數據可知，每25g稀硫酸可反應鐵的質量為：10g-7.2g=2.8g；

設所用稀硫酸的H2SO4質量分數為x

x≈18.9%

答：所用稀硫酸的H2SO4質量分數為18.9%。