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23.（9分）还原铁粉是结构疏松的单质铁，它是重要的工业原料。
Ⅰ. 物质制备。还原铁粉的某种制备工艺流程如图1所示。
（1）“转化”时温度需控制在$35° \mathrm{C}$以下，防止受热分解的物质是
（2）“干燥”过程中有少量的$\mathrm{FeCO}_3$转化为$\mathrm{FeOOH}$和$\mathrm{CO}_2$，此时与$\mathrm{FeCO}_3$反应的物质有
（3）$\mathrm{FeCO}_3$与$\mathrm{FeOOH}$在空气中焙烧转化为$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3$，$\mathrm{FeOOH}$转化为$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3$的反应类型是
Ⅰ. 物质制备。还原铁粉的某种制备工艺流程如图1所示。
（1）“转化”时温度需控制在$35° \mathrm{C}$以下，防止受热分解的物质是
碳酸氢铵(或$\ce{NH_{4}HCO_{3}}$)
。（2）“干燥”过程中有少量的$\mathrm{FeCO}_3$转化为$\mathrm{FeOOH}$和$\mathrm{CO}_2$，此时与$\mathrm{FeCO}_3$反应的物质有
$\ce{H_{2}O、O_{2}}$
（填化学式）。（3）$\mathrm{FeCO}_3$与$\mathrm{FeOOH}$在空气中焙烧转化为$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3$，$\mathrm{FeOOH}$转化为$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3$的反应类型是
分解反应
。写出$\mathrm{Fe}_2\mathrm{O}_3$在高温条件下与碳反应生成$\mathrm{Fe}$和$\mathrm{CO}_2$的化学方程式：$\ce{2Fe_{2}O_{3} + 3C\xlongequal{高温}4Fe + 3CO_{2}\uparrow}$
。答案
23. Ⅰ. (1) 碳酸氢铵(或$\ce{NH_{4}HCO_{3}}$) (2) $\ce{H_{2}O、O_{2}}$ (3) 分解反应 $\ce{2Fe_{2}O_{3} + 3C\xlongequal{高温}4Fe + 3CO_{2}\uparrow}$
解析
【分析】
本题围绕还原铁粉制备的工艺流程展开，需结合各物质的化学性质、反应原理逐一分析问题：
1. 转化步骤中加入了$\ce{NH4HCO3}$，该物质受热易分解，因此控制温度防止其分解；
2. $\ce{FeCO3}$转化为$\ce{FeOOH}$和$\ce{CO2}$时，$\ce{Fe}$元素化合价升高，需氧化剂，同时反应需含$\ce{H}$的物质，据此判断反应物；
3. 根据$\ce{FeOOH}$转化为$\ce{Fe2O3}$的反应特点判断反应类型，再结合氧化还原反应配平$\ce{Fe2O3}$与碳高温反应的化学方程式。
【解析】
（1）转化步骤加入的$\ce{NH4HCO3}$受热易分解，因此需控制温度在$35° \mathrm{C}$以下，防止其分解，故答案为$\ce{NH4HCO3}$；
（2）$\ce{FeCO3}$转化为$\ce{FeOOH}$和$\ce{CO2}$，$\ce{Fe}$从+2价变为+3价，需要氧化剂$\ce{O2}$，同时反应需要$\ce{H}$元素，来自$\ce{H2O}$，故参与反应的物质为$\ce{H2O}$、$\ce{O2}$；
（3）$\ce{FeOOH}$转化为$\ce{Fe2O3}$的反应为$\ce{2FeOOH = Fe2O3 + H2O}$，符合“一变多”的特征，属于分解反应；$\ce{Fe2O3}$在高温下与碳反应生成$\ce{Fe}$和$\ce{CO2}$，配平后化学方程式为$\ce{2Fe_{2}O_{3} + 3C\xlongequal{高温}4Fe + 3CO_{2}\uparrow}$。
【答案】
(1) 碳酸氢铵(或$\ce{NH_{4}HCO_{3}}$)
(2) $\ce{H_{2}O、O_{2}}$
(3) 分解反应；$\ce{2Fe_{2}O_{3} + 3C\xlongequal{高温}4Fe + 3CO_{2}\uparrow}$
【知识点】
物质的受热分解、反应类型判断、化学方程式书写、氧化还原反应
【点评】
本题以工艺流程为背景，考查常见物质的性质及化学反应相关知识，侧重基础知识点的应用，需要学生结合流程分析反应原理，难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕还原铁粉制备的工艺流程展开，需结合各物质的化学性质、反应原理逐一分析问题：
1. 转化步骤中加入了$\ce{NH4HCO3}$，该物质受热易分解，因此控制温度防止其分解；
2. $\ce{FeCO3}$转化为$\ce{FeOOH}$和$\ce{CO2}$时，$\ce{Fe}$元素化合价升高，需氧化剂，同时反应需含$\ce{H}$的物质，据此判断反应物；
3. 根据$\ce{FeOOH}$转化为$\ce{Fe2O3}$的反应特点判断反应类型，再结合氧化还原反应配平$\ce{Fe2O3}$与碳高温反应的化学方程式。
【解析】
（1）转化步骤加入的$\ce{NH4HCO3}$受热易分解，因此需控制温度在$35° \mathrm{C}$以下，防止其分解，故答案为$\ce{NH4HCO3}$；
（2）$\ce{FeCO3}$转化为$\ce{FeOOH}$和$\ce{CO2}$，$\ce{Fe}$从+2价变为+3价，需要氧化剂$\ce{O2}$，同时反应需要$\ce{H}$元素，来自$\ce{H2O}$，故参与反应的物质为$\ce{H2O}$、$\ce{O2}$；
（3）$\ce{FeOOH}$转化为$\ce{Fe2O3}$的反应为$\ce{2FeOOH = Fe2O3 + H2O}$，符合“一变多”的特征，属于分解反应；$\ce{Fe2O3}$在高温下与碳反应生成$\ce{Fe}$和$\ce{CO2}$，配平后化学方程式为$\ce{2Fe_{2}O_{3} + 3C\xlongequal{高温}4Fe + 3CO_{2}\uparrow}$。
【答案】
(1) 碳酸氢铵(或$\ce{NH_{4}HCO_{3}}$)
(2) $\ce{H_{2}O、O_{2}}$
(3) 分解反应；$\ce{2Fe_{2}O_{3} + 3C\xlongequal{高温}4Fe + 3CO_{2}\uparrow}$
【知识点】
物质的受热分解、反应类型判断、化学方程式书写、氧化还原反应
【点评】
本题以工艺流程为背景，考查常见物质的性质及化学反应相关知识，侧重基础知识点的应用，需要学生结合流程分析反应原理，难度适中。
【难度系数】
0.5
Ⅱ. 成分研究。“暖宝宝”一般由还原铁粉、活性炭和氯化钠等组成。
【实验目的】测定未开启的“暖宝宝”中铁的质量分数。
【实验过程】如图2所示，甲同学称得反应前总质量为85 g，打开活塞待稀盐酸全部滴入后立即关闭活塞。锥形瓶内的现象有：固体逐渐减少，
【反思评价】
（1）乙同学认为甲同学方案误差较大，于是设计如图3的方案。甲同学方案误差较大的原因是
（2）丙同学认为乙同学方案即使操作无失误，测量结果仍会偏大，原因是
（3）丙同学设计了如图4实验装置。利用该装置实验时，在气密性良好的前提下，如果往锥形瓶中注入的稀盐酸体积为$V_1$ mL，等充分反应并且待装置冷却后，观察右侧注射器读数增加$V_2$ mL。实验条件下氢气的密度为$d$ g·mL⁻¹。则样品中铁的质量分数为$\dfrac{28 d V_2}{10} × 100\%$。
【实验目的】测定未开启的“暖宝宝”中铁的质量分数。
【实验过程】如图2所示，甲同学称得反应前总质量为85 g，打开活塞待稀盐酸全部滴入后立即关闭活塞。锥形瓶内的现象有：固体逐渐减少，
产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色
。反应完毕后测得锥形瓶和反应后混合物的总质量为84.8 g。 【反思评价】
（1）乙同学认为甲同学方案误差较大，于是设计如图3的方案。甲同学方案误差较大的原因是
反应前装置内气体为空气，反应后装置内气体是氢气，相同体积的氢气质量比空气小得多
。（2）丙同学认为乙同学方案即使操作无失误，测量结果仍会偏大，原因是
分液漏斗中的稀盐酸进入锥形瓶，会排出一定体积的气体
。（3）丙同学设计了如图4实验装置。利用该装置实验时，在气密性良好的前提下，如果往锥形瓶中注入的稀盐酸体积为$V_1$ mL，等充分反应并且待装置冷却后，观察右侧注射器读数增加$V_2$ mL。实验条件下氢气的密度为$d$ g·mL⁻¹。则样品中铁的质量分数为$\dfrac{28 d V_2}{10} × 100\%$。
答案
23. Ⅱ. 【实验过程】产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色
【反思评价】(1) 反应前装置内气体为空气，反应后装置内气体是氢气，相同体积的氢气质量比空气小得多 (2) 分液漏斗中的稀盐酸进入锥形瓶，会排出一定体积的气体 (3) $280(V_2-V_1)d\%$
【反思评价】(1) 反应前装置内气体为空气，反应后装置内气体是氢气，相同体积的氢气质量比空气小得多 (2) 分液漏斗中的稀盐酸进入锥形瓶，会排出一定体积的气体 (3) $280(V_2-V_1)d\%$
解析
【分析】
首先，实验过程中需结合金属与酸的反应规律，明确还原铁粉和稀盐酸反应的现象；反思评价部分，甲同学的方案利用反应前后总质量差计算氢气质量，误差源于反应前后装置内气体种类（空气变为氢气）的密度差异；乙同学的方案误差来自滴加稀盐酸时排出的气体；丙同学的方案需准确获取氢气体积，结合铁与氢气的质量关系推导铁的质量分数，核心是利用化学方程式的比例关系计算。
【解析】
1. 实验过程：还原铁粉（$\ce{Fe}$）与稀盐酸反应的化学方程式为$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}↑}$，反应时固体逐渐减少，同时产生大量气泡，生成的氯化亚铁溶液呈浅绿色，故补充现象为产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色。
2. 反思评价（1）：甲同学方案中，反应前装置内气体为空气，反应后生成氢气，相同体积的氢气质量远小于空气，导致反应前后总质量差并非氢气的真实质量，因此误差较大。
（2）乙同学方案中，分液漏斗中的稀盐酸滴入锥形瓶时，会占据锥形瓶内的体积，排出一定量的气体，使得测得的气体体积偏大，导致测量结果误差大。
（3）计算：根据反应关系$\ce{Fe ~ H_{2}}$，铁与氢气的质量比为$56:2=28:1$。氢气的体积为注射器读数增加量减去稀盐酸体积，即$(V_2 - V_1)\ \mathrm{mL}$，氢气质量为$d × (V_2 - V_1)\ \mathrm{g}$，则铁的质量为$28 × d × (V_2 - V_1)\ \mathrm{g}$。结合题意，铁的质量分数为$\frac{28d(V_2 - V_1)}{10} × 100\% = 280d(V_2 - V_1)\%$。
【答案】
【实验过程】产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色
【反思评价】(1) 反应前装置内气体为空气，反应后装置内气体是氢气，相同体积的氢气质量比空气小得多 (2) 分液漏斗中的稀盐酸进入锥形瓶，会排出一定体积的气体 (3) $280(V_2-V_1)d\%$
【知识点】
金属的化学性质、实验误差分析、化学方程式计算
【点评】
本题以“暖宝宝”中铁的质量分数测定为情境，综合考查金属与酸的反应现象、实验误差分析及化学计算，注重实验探究的逻辑思维，要求学生理解实验原理并分析误差来源，难度适中，能有效考查学生的实验分析与计算能力。
【难度系数】
0.5
首先，实验过程中需结合金属与酸的反应规律，明确还原铁粉和稀盐酸反应的现象；反思评价部分，甲同学的方案利用反应前后总质量差计算氢气质量，误差源于反应前后装置内气体种类（空气变为氢气）的密度差异；乙同学的方案误差来自滴加稀盐酸时排出的气体；丙同学的方案需准确获取氢气体积，结合铁与氢气的质量关系推导铁的质量分数，核心是利用化学方程式的比例关系计算。
【解析】
1. 实验过程：还原铁粉（$\ce{Fe}$）与稀盐酸反应的化学方程式为$\ce{Fe + 2HCl = FeCl_{2} + H_{2}↑}$，反应时固体逐渐减少，同时产生大量气泡，生成的氯化亚铁溶液呈浅绿色，故补充现象为产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色。
2. 反思评价（1）：甲同学方案中，反应前装置内气体为空气，反应后生成氢气，相同体积的氢气质量远小于空气，导致反应前后总质量差并非氢气的真实质量，因此误差较大。
（2）乙同学方案中，分液漏斗中的稀盐酸滴入锥形瓶时，会占据锥形瓶内的体积，排出一定量的气体，使得测得的气体体积偏大，导致测量结果误差大。
（3）计算：根据反应关系$\ce{Fe ~ H_{2}}$，铁与氢气的质量比为$56:2=28:1$。氢气的体积为注射器读数增加量减去稀盐酸体积，即$(V_2 - V_1)\ \mathrm{mL}$，氢气质量为$d × (V_2 - V_1)\ \mathrm{g}$，则铁的质量为$28 × d × (V_2 - V_1)\ \mathrm{g}$。结合题意，铁的质量分数为$\frac{28d(V_2 - V_1)}{10} × 100\% = 280d(V_2 - V_1)\%$。
【答案】
【实验过程】产生大量气泡，溶液由无色变为浅绿色
【反思评价】(1) 反应前装置内气体为空气，反应后装置内气体是氢气，相同体积的氢气质量比空气小得多 (2) 分液漏斗中的稀盐酸进入锥形瓶，会排出一定体积的气体 (3) $280(V_2-V_1)d\%$
【知识点】
金属的化学性质、实验误差分析、化学方程式计算
【点评】
本题以“暖宝宝”中铁的质量分数测定为情境，综合考查金属与酸的反应现象、实验误差分析及化学计算，注重实验探究的逻辑思维，要求学生理解实验原理并分析误差来源，难度适中，能有效考查学生的实验分析与计算能力。
【难度系数】
0.5
