9. (2025·江苏常州模拟)铁及其化合物在生产生活中有广泛应用。
Ⅰ. 铁的有关知识
明代科学著作《天工开物》记载了我国劳动人民的科技成就。
(1)“或用木炭,……扇炉风箱,……土(赤铁矿)化成铁……”(图 1)描述了古代炼铁的方法。请写出古代炼铁的反应方程式:。

(2)生铁炼钢的描述有:“凡钢铁炼法,……火力到时,生铁先化。”说明生铁的熔点比钢。
(3)“烧铁器淬胆矾溶液(硫酸铜溶液)中,即成铜色也”,蕴含的化学反应基本类型是。
Ⅱ. 催化剂 Fe₃O₄的制备(Fe₃O₄的组成可用 FeO·Fe₂O₃表示)
Fe₃O₄是合成氨催化剂的主要成分。用铁泥(主要成分为 Fe₂O₃、FeO,含少量 Fe)制备 Fe₃O₄的主要流程如图 4 所示。

【资料】a. 亚铁离子会与氢氧根离子结合产生沉淀;
b. “还原”时,Fe 可将 Fe₂(SO₄)₃转化为 FeSO₄,还原后得到的溶液呈酸性;
c. “转化”过程中铁元素的化合价不变。
(4)“氧化”时温度不宜太高,原因是;加入 H₂O₂,将部分 FeSO₄转化为 Fe₂(SO₄)₃,该过程发生反应的化学方程式是。
(5)“沉淀”时要控制 NaOH 的量,原因是。
(6)“转化”过程中氢氧化铁和硫酸亚铁的最佳质量比为。
Ⅲ. 失效催化剂的再生
(7)合成氨催化过程中因部分 Fe₃O₄与 H₂反应使催化剂“失效”。在一定温度下可用 O₂将其“再生”,原理如图 2 所示。“失效”过程中铁元素的质量分数(填“变大”“变小”或“不变”)。
(8)通入 O₂加热,将一定质量的失效催化剂进行“再生”,固体质量与温度变化的关系如图 3 所示。T₁~T₂℃时,FeO 转化为 Fe₃O₄,T₃~T₄℃时,Fe₃O₄转化为 Fe₂O₃。
①M=。
②A 点固体中 m(FeO):m(Fe₃O₄)=。

9. (1)Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂ (2)低 (3)置换反应 (4)温度太高时H₂O₂发生分解 H₂O₂+H₂SO₄+2FeSO₄=Fe₂(SO₄)₃+2H₂O (5)防止硫酸亚铁转化为沉淀 (6)107:76 (7)变大 (8)①92.8 ②27:29 点拨:(1)古代炼铁是一氧化碳和氧化铁高温反应生成铁和二氧化碳,反应方程式为Fe₂O₃+3CO$\xlongequal{高温}$2Fe+3CO₂。(2)“火力到时,生铁先化”说明生铁的熔点比钢低。(3)“烧铁器淬胆矾溶液(硫酸铜溶液)中,即成铜色也”,蕴含的化学反应是铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,属于置换反应。(4)“氧化”时温度不宜太高,是为了防止H₂O₂发生分解;加入H₂O₂,将部分FeSO₄转化为Fe₂(SO₄)₃,该过程发生反应的化学方程式为H₂O₂+H₂SO₄+2FeSO₄=Fe₂(SO₄)₃+2H₂O。(5)“沉淀”时要控制NaOH的量,是为了防止硫酸亚铁转化为沉淀。(6)Fe(OH)₃和FeSO₄转化成Fe₃O₄的化学方程式为2Fe(OH)₃+FeSO₄=Fe₃O₄+H₂SO₄+2H₂O,要使四氧化三铁的产率最高,则上述流程中产生的Fe(OH)₃和FeSO₄的个数比应该为2:1,所以最佳质量比为214:152=107:76。(7)合成氨催化过程中因部分Fe₃O₄与H₂反应使催化剂“失效”。在一定温度下可用O₂将其“再生”,原理如图2所示。根据图示可以看出,“失效”过程中失去部分氧元素,故铁元素的质量分数变大。(8)通入O₂加热,将一定质量的失效催化剂进行“再生”,固体质量与温度变化的关系如图3所示。T₁~T₂℃时,FeO转化为Fe₃O₄,T₃~T₄℃时,Fe₃O₄转化为Fe₂O₃。 ①T₂℃时FeO全部转化为Fe₃O₄,根据图像可以看出,最终生成氧化铁的质量为96g,根据转化前后铁元素的质量守恒,则有: 2Fe₃O₄~3Fe₂O₃ 464 480 Mg 96g $\frac{464}{480}=\frac{Mg}{96g}$ M=92.8。 ②A点固体的质量为89.6g,T₂℃时固体的质量为92.8g,增加的质量为参加反应的氧元素的质量:92.8g-89.6g=3.2g,设FeO的质量为y,则有: 3FeO~O 216 16 y 3.2g $\frac{216}{16}=\frac{y}{3.2g}$,y=43.2g 故Fe₃O₄的质量为89.6g-43.2g=46.4g 故固体中m(FeO):m(Fe₃O₄)=43.2g:46.4g=27:29。