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12. 某化学实验小组的同学用如图所示装置在实验室中模拟工业炼铁。
(1)实验开始时应
(2)反应中可观察到硬质玻璃管内的固体逐渐由
(3)甲同学想对反应后的产物进行初步检验,请你帮他想出一个物理方法:
(4)质疑与探究
①乙同学对产物的成分产生了质疑,查阅相关资料之后得知,一氧化碳还原氧化铁是一个逐渐的过程。
首先是$Fe_{2}O_{3}$被还原为$Fe_{3}O_{4}$:$3Fe_{2}O_{3}CO\xlongequal{400∼500\ °C}Fe_{3}O_{4}CO_{2}$;
然后是$Fe_{3}O_{4}$被还原为$FeO$:
最后是$FeO$被还原为$Fe$:$FeOCO\xlongequal{600\ °C以上FeCO_{2}$。
②通过分析以上资料,甲、乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想。
猜想一:$Fe$和$Fe_{3}O_{4}$ 猜想二:$Fe$和$FeO$ 猜想三:
已知:$FeO$、$Fe_{3}O_{4}$均为黑色,且$Fe_{3}O_{4}$有磁性;$Fe$能与硫酸铜溶液反应生成红色的固体铜,$FeO$、$Fe_{3}O_{4}$都不与硫酸铜溶液反应。
③为了对固体产物的成分进行更客观的分析,甲、乙同学将所做实验整理如下。
④实验反思:为了提高铁的产率,应适当
(1)实验开始时应
先通入一氧化碳
(选填“先通入一氧化碳”或“先点燃酒精灯”)。(2)反应中可观察到硬质玻璃管内的固体逐渐由
红棕
色变成黑
色,写出该反应的化学方程式:$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$
。(3)甲同学想对反应后的产物进行初步检验,请你帮他想出一个物理方法:
用磁铁吸引
。(4)质疑与探究
①乙同学对产物的成分产生了质疑,查阅相关资料之后得知,一氧化碳还原氧化铁是一个逐渐的过程。
首先是$Fe_{2}O_{3}$被还原为$Fe_{3}O_{4}$:$3Fe_{2}O_{3}CO\xlongequal{400∼500\ °C}Fe_{3}O_{4}CO_{2}$;
然后是$Fe_{3}O_{4}$被还原为$FeO$:
$Fe_{3}O_{4} + CO = 3FeO + CO_{2}$
$\xlongequal{500∼600\ °C}$;最后是$FeO$被还原为$Fe$:$FeOCO\xlongequal{600\ °C以上FeCO_{2}$。
②通过分析以上资料,甲、乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想。
猜想一:$Fe$和$Fe_{3}O_{4}$ 猜想二:$Fe$和$FeO$ 猜想三:
$Fe$、$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$
已知:$FeO$、$Fe_{3}O_{4}$均为黑色,且$Fe_{3}O_{4}$有磁性;$Fe$能与硫酸铜溶液反应生成红色的固体铜,$FeO$、$Fe_{3}O_{4}$都不与硫酸铜溶液反应。
③为了对固体产物的成分进行更客观的分析,甲、乙同学将所做实验整理如下。
④实验反思:为了提高铁的产率,应适当
提高
(选填“降低”或“提高”)反应温度。答案
12. (1)先通入一氧化碳
(2)红棕 黑 $Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$ (3)用磁铁吸引 (4)①$Fe_{3}O_{4} + CO = 3FeO + CO_{2}$ ②$Fe$、$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$ ③黑色粉末全部被吸引 黑色粉末部分变红 ④提高
(2)红棕 黑 $Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$ (3)用磁铁吸引 (4)①$Fe_{3}O_{4} + CO = 3FeO + CO_{2}$ ②$Fe$、$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$ ③黑色粉末全部被吸引 黑色粉末部分变红 ④提高
解析
【分析】
本题围绕工业炼铁实验展开，需结合一氧化碳的性质、铁的氧化物的性质及还原规律解题：
1. 实验开始时，需考虑一氧化碳的可燃性，先通CO排尽装置内空气，防止爆炸；
2. 氧化铁还原为铁的过程中，固体颜色变化对应铁的氧化物和铁的颜色，反应方程式需注意反应条件；
3. 检验铁的物理方法利用铁的磁性；
4. 还原过程需根据题目给出的步骤推导反应式，猜想产物时考虑还原不完全的情况，结合铁与硫酸铜的反应分析实验现象，最后根据最终还原温度判断产率提升的方法。
【解析】
(1) 实验开始时，若先点燃酒精灯，装置内空气与一氧化碳混合受热会发生爆炸，因此应先通入一氧化碳排尽装置内空气，故填“先通入一氧化碳”。
(2) 硬质玻璃管内的红棕色氧化铁被一氧化碳还原为黑色的铁，反应的化学方程式为：$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$，故依次填“红棕”“黑”“$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$”。
(3) 铁具有磁性，可通过磁铁吸引检验铁，该方法为物理方法，故填“用磁铁吸引”。
(4) ① 根据还原过程，$Fe_{3}O_{4}$与CO在500~600℃反应生成FeO和$CO_{2}$，配平后反应式为：$Fe_{3}O_{4} + CO\xlongequal{500~600℃}3FeO + CO_{2}$；② 由于还原过程可能不完全，产物可能是Fe、$Fe_{3}O_{4}$和FeO的混合物，故猜想三为“Fe、$Fe_{3}O_{4}$和FeO”；③ 结合$Fe_{3}O_{4}$有磁性、Fe能与硫酸铜反应生成红色铜，实验现象为黑色粉末全部被吸引、部分变红；④ 铁的最终还原需要600℃以上，因此提高反应温度可提高铁的产率，故填“提高”。
【答案】
12. (1)先通入一氧化碳
(2)红棕 黑 $Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$
(3)用磁铁吸引
(4)①$Fe_{3}O_{4} + CO = 3FeO + CO_{2}$ ②$Fe$、$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$ ③黑色粉末全部被吸引 黑色粉末部分变红 ④提高
【知识点】
工业炼铁、一氧化碳还原金属氧化物、铁及其氧化物的性质
【点评】
本题考查工业炼铁的实验操作、反应原理、产物检验及成分探究，需掌握铁的氧化物的性质和还原规律，是化学实验的基础题型，注重对实验细节和逻辑推理的考查。
【难度系数】
0.6
本题围绕工业炼铁实验展开，需结合一氧化碳的性质、铁的氧化物的性质及还原规律解题：
1. 实验开始时，需考虑一氧化碳的可燃性，先通CO排尽装置内空气，防止爆炸；
2. 氧化铁还原为铁的过程中，固体颜色变化对应铁的氧化物和铁的颜色，反应方程式需注意反应条件；
3. 检验铁的物理方法利用铁的磁性；
4. 还原过程需根据题目给出的步骤推导反应式，猜想产物时考虑还原不完全的情况，结合铁与硫酸铜的反应分析实验现象，最后根据最终还原温度判断产率提升的方法。
【解析】
(1) 实验开始时，若先点燃酒精灯，装置内空气与一氧化碳混合受热会发生爆炸，因此应先通入一氧化碳排尽装置内空气，故填“先通入一氧化碳”。
(2) 硬质玻璃管内的红棕色氧化铁被一氧化碳还原为黑色的铁，反应的化学方程式为：$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$，故依次填“红棕”“黑”“$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$”。
(3) 铁具有磁性，可通过磁铁吸引检验铁，该方法为物理方法，故填“用磁铁吸引”。
(4) ① 根据还原过程，$Fe_{3}O_{4}$与CO在500~600℃反应生成FeO和$CO_{2}$，配平后反应式为：$Fe_{3}O_{4} + CO\xlongequal{500~600℃}3FeO + CO_{2}$；② 由于还原过程可能不完全，产物可能是Fe、$Fe_{3}O_{4}$和FeO的混合物，故猜想三为“Fe、$Fe_{3}O_{4}$和FeO”；③ 结合$Fe_{3}O_{4}$有磁性、Fe能与硫酸铜反应生成红色铜，实验现象为黑色粉末全部被吸引、部分变红；④ 铁的最终还原需要600℃以上，因此提高反应温度可提高铁的产率，故填“提高”。
【答案】
12. (1)先通入一氧化碳
(2)红棕 黑 $Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$
(3)用磁铁吸引
(4)①$Fe_{3}O_{4} + CO = 3FeO + CO_{2}$ ②$Fe$、$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$ ③黑色粉末全部被吸引 黑色粉末部分变红 ④提高
【知识点】
工业炼铁、一氧化碳还原金属氧化物、铁及其氧化物的性质
【点评】
本题考查工业炼铁的实验操作、反应原理、产物检验及成分探究，需掌握铁的氧化物的性质和还原规律，是化学实验的基础题型，注重对实验细节和逻辑推理的考查。
【难度系数】
0.6
13. 某钢铁厂每天需消耗5 000 t含氧化铁80%的赤铁矿石用于炼铁,该钢铁厂理论上每天能炼出含铁98%的生铁的质量是多少？(写出计算过程,结果保留整数)
答案
13. 解:设理论上每天能炼出的生铁的质量为$x$。
$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$
160 112
$5\ 000\ \mathrm{t} × 80\%$ $x × 98\%$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{5\ 000\ \mathrm{t} × 80\%}{x × 98\%}$
$x \approx 2\ 857\ \mathrm{t}$
答:理论上每天能炼出$2\ 857\ \mathrm{t}$含铁$98\%$的生铁。
$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$
160 112
$5\ 000\ \mathrm{t} × 80\%$ $x × 98\%$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{5\ 000\ \mathrm{t} × 80\%}{x × 98\%}$
$x \approx 2\ 857\ \mathrm{t}$
答:理论上每天能炼出$2\ 857\ \mathrm{t}$含铁$98\%$的生铁。
解析
【分析】
本题是含杂质物质的化学方程式计算，解题思路为：先计算赤铁矿石中纯氧化铁的质量，再根据炼铁反应的化学方程式，找出氧化铁与纯铁的质量关系，设出生铁质量为未知数，结合生铁中铁的质量分数，利用化学方程式的比例关系列方程求解。
【解析】
解：设理论上每天能炼出含铁98%的生铁的质量为$x$。
炼铁的化学方程式为：$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的相对质量为$56×2 + 16×3 = 160$，生成纯铁的相对质量为$2×56 = 112$。
赤铁矿石中纯$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量：$5000\ \mathrm{t}×80\% = 4000\ \mathrm{t}$
生铁中纯铁的质量：$x×98\%$
根据化学方程式中各物质的质量比关系，列比例式：
$\dfrac{160}{112} = \dfrac{5000\ \mathrm{t}×80\%}{x×98\%}$
解得：$x \approx 2857\ \mathrm{t}$
答：理论上每天能炼出$2857\ \mathrm{t}$含铁98%的生铁。
【答案】
$2857\ \mathrm{t}$
【知识点】
根据化学方程式的计算；含杂质物质的化学方程式计算
【点评】
本题为基础的化学计算题型，核心是将含杂质的物质转化为纯物质质量后代入方程式计算，需注意生铁中铁的质量为纯铁质量，对应方程式中生成铁的质量，比例关系的对应是解题关键。
【难度系数】
0.7
本题是含杂质物质的化学方程式计算，解题思路为：先计算赤铁矿石中纯氧化铁的质量，再根据炼铁反应的化学方程式，找出氧化铁与纯铁的质量关系，设出生铁质量为未知数，结合生铁中铁的质量分数，利用化学方程式的比例关系列方程求解。
【解析】
解：设理论上每天能炼出含铁98%的生铁的质量为$x$。
炼铁的化学方程式为：$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的相对质量为$56×2 + 16×3 = 160$，生成纯铁的相对质量为$2×56 = 112$。
赤铁矿石中纯$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量：$5000\ \mathrm{t}×80\% = 4000\ \mathrm{t}$
生铁中纯铁的质量：$x×98\%$
根据化学方程式中各物质的质量比关系，列比例式：
$\dfrac{160}{112} = \dfrac{5000\ \mathrm{t}×80\%}{x×98\%}$
解得：$x \approx 2857\ \mathrm{t}$
答：理论上每天能炼出$2857\ \mathrm{t}$含铁98%的生铁。
【答案】
$2857\ \mathrm{t}$
【知识点】
根据化学方程式的计算；含杂质物质的化学方程式计算
【点评】
本题为基础的化学计算题型，核心是将含杂质的物质转化为纯物质质量后代入方程式计算，需注意生铁中铁的质量为纯铁质量，对应方程式中生成铁的质量，比例关系的对应是解题关键。
【难度系数】
0.7
