1. 科学精神与社会责任是化学学科素养更高层面的价值追求。在一次实践活动中，小红和同学们一起参观了某钢铁公司。大家对矿石选取、冶铁和炼钢的工艺流程(如图)、生铁和钢的区别等有了全新的认识。

（1）用赤铁矿冶铁的反应原理是（用化学方程式表示）。
（2）分析工艺流程，三脱装置中发生反应的化学方程式为（写一个）。
（3）向精炼炉中吹入氩气使钢水循环流动，各成分均匀混合，相当于化学实验中（填仪器名称）的作用。
（4）在钢水铸件机中，高温钢加工成钢制零件时，充入氮气的作用是。

1.（1）$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$
（2）$\ce{S + O_{2}\xlongequal{点燃}SO_{2}}$（或$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{点燃}2P_{2}O_{5}}$；或$\ce{Si + O_{2}\xlongequal{高温}SiO_{2}}$）
（3）玻璃棒
（4）作保护气(或隔绝氧气)

【分析】
本题围绕钢铁冶炼与炼钢的工业流程展开，需结合化学知识逐一分析各问题：
1. 赤铁矿冶铁的核心是一氧化碳还原氧化铁，需明确反应物、生成物及反应条件；
2. 三脱装置用于除去硫、磷、硅，这些物质可与氧气发生反应，任选其一写出对应反应方程式；
3. 吹入氩气使钢水循环混合均匀，对应化学实验中搅拌类仪器的作用；
4. 高温加工钢时，氮气化学性质稳定，可作保护气避免钢被氧化。
【解析】
（1）赤铁矿的主要成分为$\ce{Fe_{2}O_{3}}$，工业上利用一氧化碳在高温下还原氧化铁炼铁，反应的化学方程式为：$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$；
（2）三脱装置中，硫、磷、硅均可与氧气反应，例如硫在点燃条件下与氧气反应生成二氧化硫，反应方程式为：$\ce{S + O_{2}\xlongequal{点燃}SO_{2}}$（也可写$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{点燃}2P_{2}O_{5}}$或$\ce{Si + O_{2}\xlongequal{高温}SiO_{2}}$）；
（3）化学实验中，玻璃棒的搅拌作用可使物质混合均匀，吹入氩气使钢水循环混合，相当于玻璃棒的搅拌作用；
（4）氮气的化学性质不活泼，在高温环境中可作保护气，隔绝氧气，防止高温下钢被氧化。
【答案】
（1）$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$；
（2）$\ce{S + O_{2}\xlongequal{点燃}SO_{2}}$（或$\ce{4P + 5O_{2}\xlongequal{点燃}2P_{2}O_{5}}$；或$\ce{Si + O_{2}\xlongequal{高温}SiO_{2}}$）；
（3）玻璃棒；
（4）作保护气（或隔绝氧气）。
【知识点】
铁的冶炼原理、化学方程式书写、氮气的性质
【点评】
本题结合工业生产实际考查化学基础知识，将课本知识与工业流程结合，体现化学的应用价值，难度不大，需学生掌握冶铁反应、物质性质及常见仪器作用。
【难度系数】
0.5

2. 实验探究和证据推理是提升认知的重要手段。兴趣小组对“CO还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$粉末”的实验进行探究。
【实验过程】按如图所示连接装置A、B并检查装置的气密性。玻璃管内装入$\ce{Fe_{2}O_{3}}$粉末，应从a端通入CO一段时间后再点燃酒精灯，此操作的目的是。
第2题
【实验现象】反应一段时间后，玻璃管内粉末由色变成黑色，且生成的固体均能被玻璃管上方的磁铁吸引。广口瓶中出现白色沉淀，反应的化学方程式为。装置B的作用是①检验并吸收反应生成的$\ce{CO_{2}}$；②。
【查阅资料】① 铁粉、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$均为黑色固体；其中只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引。② $\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$固体不与硫酸铜溶液反应。
【提出猜想】对磁铁吸引的黑色固体成分有以下四种猜想：猜想Ⅰ:$\ce{Fe}$；猜想Ⅱ:$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；猜想Ⅲ:$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；猜想Ⅳ:$\ce{Fe}$和$\ce{FeO}$。经初步分析，排除了猜想Ⅳ，理由是。
【实验验证】取少量反应后的黑色固体放入试管中，加入足量的硫酸铜溶液，振荡，充分反应后静置，若观察到黑色固体全部消失，则说明（填“猜想Ⅰ”“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”）正确。
【拓展研究】
（1）进一步查阅资料，发现CO能溶于铜液（醋酸二氨合铜和氨水的混合液）。因此可在装置A后再连接装置C，其目的是吸收尾气中的CO。装置A、C的连接顺序是b连接（填“c”或“d”）。
（2）已知$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能溶于稀硫酸，反应的化学方程式为$\ce{Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}SO_{4} = FeSO_{4} + Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 4H_{2}O}$，其中$\ce{Fe^{3+}}$遇到硫氰化钾溶液显血红色。为证明黑色粉末的成分，某同学取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，充分反应后，滴加硫氰化钾溶液，能证明黑色粉末中含有Fe和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的现象是。

2.【实验过程】排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
【实验现象】红棕 $\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$ ② 收集尾气，防止CO污染空气
【提出猜想】只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引，故没有FeO
【实验验证】猜想Ⅰ
【拓展研究】（1）d （2）有气泡产生，溶液变为血红色

【分析】
本题围绕CO还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的实验展开，需结合CO的可燃性、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的颜色、$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水的反应、物质的磁性和化学性质、实验装置的作用等知识点逐一分析：
1. 实验过程中，CO是可燃性气体，与空气混合加热易爆炸，故先通CO排尽装置内空气，防止爆炸；
2. $\ce{Fe_{2}O_{3}}$为红棕色，还原后生成黑色固体；澄清石灰水与$\ce{CO_{2}}$反应生成碳酸钙沉淀；装置Ⅱ除检验吸收$\ce{CO_{2}}$外，还需收集未反应的CO，防止污染空气；
3. 猜想Ⅳ含$\ce{FeO}$，但题目说明生成的黑色固体均能被磁铁吸引，而$\ce{FeO}$不能被磁铁吸引，故排除；
4. 加硫酸铜溶液时，Fe能与$\ce{CuSO_{4}}$反应，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$、$\ce{FeO}$不反应，若黑色固体全部消失，说明只有Fe，对应猜想Ⅰ；
5. 装置Ⅲ吸收CO时，需让CO与铜液充分接触，故b端连接d（长管）；
6. 加稀硫酸时，Fe与硫酸反应生成$\ce{H_{2}}$（有气泡），$\ce{Fe_{3}O_{4}}$与硫酸反应生成$\ce{Fe^{3+}}$，加硫氰化钾显血红色，故现象为有气泡、溶液变红。
【解析】
【实验过程】CO是可燃性气体，与装置内空气混合后加热易发生爆炸，因此先通CO排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；
【实验现象】$\ce{Fe_{2}O_{3}}$为红棕色，被CO还原后生成黑色固体；$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应的化学方程式为$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；装置Ⅱ的作用：①检验并吸收反应生成的$\ce{CO_{2}}$，②收集尾气中的CO，防止其污染空气；
【提出猜想】根据资料，只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，而题目中生成的黑色固体均能被磁铁吸引，说明不含$\ce{FeO}$，故排除猜想Ⅳ；
【实验验证】加入足量硫酸铜溶液时，Fe能与$\ce{CuSO_{4}}$反应，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$、$\ce{FeO}$不反应，若黑色固体全部消失，说明黑色固体只有Fe，对应猜想Ⅰ；
【拓展研究】（1）装置Ⅲ吸收CO时，需让气体通入铜液，故b连接d（长管，使气体与铜液充分接触）；（2）Fe与稀硫酸反应生成$\ce{H_{2}}$（有气泡产生），$\ce{Fe_{3}O_{4}}$与稀硫酸反应生成$\ce{Fe^{3+}}$，滴加硫氰化钾溶液显血红色，故现象为有气泡产生，溶液变为血红色。
【答案】
排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；红棕；$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；收集尾气，防止CO污染空气；只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引，故没有FeO；猜想Ⅰ；d；有气泡产生，溶液变为血红色
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；金属的化学性质；化学方程式书写；实验装置的作用
【点评】
本题为实验探究题，围绕CO还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的实验，综合考查实验操作目的、物质性质、实验现象分析、装置作用等，需结合题目给出的资料信息分析，注重对实验细节和知识应用的考查，难度适中。
【难度系数】
0.5