Question

【題目】（8分）鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程，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方程式為 。某興趣小組在學習煉鐵的相關內容時，對煉鐵時還原劑的選擇進行了如下探究。

【提出問題】單質碳也具有還原性，為什么工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？焦炭還原四氧化三鐵的化學方程式為 。

【猜想與假設】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應不易完全。

【查閱資料】氫氧化鈉溶液和澄清石灰水化學性質類似，能與二氧化碳反應，但反應無明顯現象。

【進行實驗】實驗步驟及注意事項如下：

①稱取兩份相同質量的氧化鐵粉末。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兩組實驗同時開始進行。在裝置B的反應中，實驗開始前應先 （選填“通CO”或“加熱”）；實驗結束后應繼續通入CO直至冷卻至室溫，其原因是 。

【實驗現象】當裝置B的玻璃管中固體完全由 時（選填“紅色變為黑色”或“黑色變為紅色”），裝置A的試管中仍有紅色固體。

【解釋與結論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應確實不易完全，這可能是工業上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因。

【交流與反思】經過查閱資料和討論，該小組同學發現除了上述原因外，工業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，試寫出其中的一個原因： 。

【完善實驗】聯想到單質碳的一些化學性質，甲同學認為在碳還原氧化鐵的反應中可能還會有CO產生。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裝置，

正確的連接順序是：C → → → → C （選填字母，裝置可重復使用）。

經過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO2，因此裝置A的不足之處是 。

Answer 1

【答案】3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2

【提出問題】2C+Fe3O4高溫3Fe+2CO2↑

【進行實驗】②通CO 防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化

【實驗現象】紅色變為黑色

【交流與反思】焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（焦炭中含有雜質會影響鐵的純度，用焦炭做還原劑還需另外提供熱量來滿足高溫的反應條件等，合理即可）

【完善實驗】 D→C→E 缺少尾氣處理裝置

【解析】

試題分析：一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為：3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2

【提出問題】焦炭具有還原性，還原四氧化三鐵的化學方程式為：2C+Fe3O4高溫3Fe+2CO2↑

【進行實驗】②在裝置B的反應中，實驗開始前應先通CO，防止一氧化碳不純時，在加熱可能發生爆炸；實驗結束后應繼續通入CO直至冷卻至室溫，其原因：防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化

【實驗現象】因為裝置B中發生的反應時：3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO2，故反應現象為：紅色變為黑色

【交流與反思】工業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：焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（焦炭中含有雜質會影響鐵的純度，用焦炭做還原劑還需另外提供熱量來滿足高溫的反應條件等，合理即可）

【完善實驗】 要證明生成氣體中含有CO和CO2，應先證明含有二氧化碳，通過澄清石灰水，再來證明是否含有一氧化碳，應根據一氧化碳的還原性，來檢驗其生成物二氧化碳，這就必須保證原一氧化碳氣體中不含二氧化碳，故正確的連接順序是：D→C→E，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO2，由于一氧化碳有毒，因此裝置A的不足之處是：缺少尾氣處理裝置