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4.（2025·宿迁）某炼铁厂以焦炭、赤铁矿、空气等为主要原料炼铁，反应过程如下所示。
(1)写出方框中相应物质的化学式：
(2)现有1600 t 含75%氧化铁的赤铁矿，理论上最多能炼出纯铁的质量是多少？（利用化学方程式计算，写出计算过程）
(1)写出方框中相应物质的化学式：
$CO$
。(2)现有1600 t 含75%氧化铁的赤铁矿，理论上最多能炼出纯铁的质量是多少？（利用化学方程式计算，写出计算过程）
答案
4. (1)$CO$
(2)解:设理论上最多能炼出纯铁的质量为$x$。
$3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$
$160\quad\quad\quad\quad\quad 112$
$1600\ \mathrm{t}×75\%\quad x$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{1600\ \mathrm{t}×75\%}{x}$
$x=840\ \mathrm{t}$
答:理论上最多能炼出纯铁的质量为840 t。
(2)解:设理论上最多能炼出纯铁的质量为$x$。
$3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}$
$160\quad\quad\quad\quad\quad 112$
$1600\ \mathrm{t}×75\%\quad x$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{1600\ \mathrm{t}×75\%}{x}$
$x=840\ \mathrm{t}$
答:理论上最多能炼出纯铁的质量为840 t。
解析
【分析】
首先梳理炼铁的反应流程：焦炭与过量空气高温反应生成二氧化碳；二氧化碳与焦炭在高温下反应生成炼铁所需的还原剂一氧化碳，由此确定方框内物质；第二问需先计算赤铁矿中氧化铁的纯净质量，再利用一氧化碳还原氧化铁的化学方程式，结合比例关系计算纯铁质量，计算时要注意代入方程式的是纯净物的质量。
【解析】
(1) 二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + C\xlongequal{高温} 2CO}$，因此方框中物质的化学式为$\ce{CO}$。
(2) 计算过程：
设理论上最多能炼出纯铁的质量为$x$。
赤铁矿中氧化铁的质量：$1600\ \mathrm{t}×75\% = 1200\ \mathrm{t}$
一氧化碳还原氧化铁的化学方程式：$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
各物质的相对质量：$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的相对分子质量为$56×2 + 16×3 = 160$，$\ce{Fe}$的相对原子质量总和为$56×2 = 112$。
列比例式：$\dfrac{160}{112} = \dfrac{1200\ \mathrm{t}}{x}$
解得：$x = 840\ \mathrm{t}$
【答案】
(1)$\ce{CO}$；(2)840 t
【知识点】
铁的冶炼、化学方程式计算
【点评】
本题结合炼铁的反应流程，考查了炼铁过程中物质的判断以及根据化学方程式的计算，需要学生掌握炼铁的反应原理，同时注意计算时需代入纯净物的质量，步骤规范即可解答，属于中等难度的题目。
【难度系数】
0.6
首先梳理炼铁的反应流程：焦炭与过量空气高温反应生成二氧化碳；二氧化碳与焦炭在高温下反应生成炼铁所需的还原剂一氧化碳，由此确定方框内物质；第二问需先计算赤铁矿中氧化铁的纯净质量，再利用一氧化碳还原氧化铁的化学方程式，结合比例关系计算纯铁质量，计算时要注意代入方程式的是纯净物的质量。
【解析】
(1) 二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳，反应的化学方程式为$\ce{CO_{2} + C\xlongequal{高温} 2CO}$，因此方框中物质的化学式为$\ce{CO}$。
(2) 计算过程：
设理论上最多能炼出纯铁的质量为$x$。
赤铁矿中氧化铁的质量：$1600\ \mathrm{t}×75\% = 1200\ \mathrm{t}$
一氧化碳还原氧化铁的化学方程式：$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
各物质的相对质量：$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的相对分子质量为$56×2 + 16×3 = 160$，$\ce{Fe}$的相对原子质量总和为$56×2 = 112$。
列比例式：$\dfrac{160}{112} = \dfrac{1200\ \mathrm{t}}{x}$
解得：$x = 840\ \mathrm{t}$
【答案】
(1)$\ce{CO}$；(2)840 t
【知识点】
铁的冶炼、化学方程式计算
【点评】
本题结合炼铁的反应流程，考查了炼铁过程中物质的判断以及根据化学方程式的计算，需要学生掌握炼铁的反应原理，同时注意计算时需代入纯净物的质量，步骤规范即可解答，属于中等难度的题目。
【难度系数】
0.6
5. 钢铁是重要的金属材料,在工农业生产和生活中应用非常广泛。
Ⅰ.铁的应用
纳米铁粉可以用于食品保鲜,被称为“双吸剂”,因为它能吸收空气中的
Ⅱ.铁的冶炼
工业炼铁的原理是高温下用 CO 作还原剂,将铁从氧化物中还原出来。请回答下列问题。
(1)写出以赤铁矿为原料生成铁的化学方程式:
(2)高炉炼铁中,焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外,还能
Ⅲ.实验探究炼铁原理
某化学兴趣小组利用如图所示装置进行实验探究,请按要求填空。
(1)A 中发生的现象是
(2)实验过程中,CO 的作用有
①作为反应物
②实验开始时,排净装置中的空气,防止加热时发生爆炸
③停止加热后,防止 A 中的生成物被氧化
④停止加热后,防止 B 中的溶液倒吸入 A 中
⑤对 B 中反应物起到一定的搅拌作用,便于$CO_{2}$与澄清石灰水充分反应
(3)C 处酒精灯的作用是
(4)实验时准确称取 4.8 g 纯净的$Fe_{2}O_{3}$固体按如图所示进行实验,当固体全部变黑后,继续通入 CO 直到玻璃管冷却。向得到的黑色固体中加入足量的稀盐酸,固体全部溶解,无气泡产生。
查阅资料:a. 铁的氧化物在足量的稀盐酸中均能全部溶解;b.$Fe_{2}O_{3}$与 CO 反应的固体生成物可能的情况如下。
根据“无气泡产生”,猜想黑色粉末可能是:①$Fe_{3}O_{4}$;②$FeO$;③
Ⅰ.铁的应用
纳米铁粉可以用于食品保鲜,被称为“双吸剂”,因为它能吸收空气中的
氧气和水
。Ⅱ.铁的冶炼
工业炼铁的原理是高温下用 CO 作还原剂,将铁从氧化物中还原出来。请回答下列问题。
(1)写出以赤铁矿为原料生成铁的化学方程式:
$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$
。(2)高炉炼铁中,焦炭的作用除了可以生成一氧化碳外,还能
提供热量,维持炉温
。Ⅲ.实验探究炼铁原理
某化学兴趣小组利用如图所示装置进行实验探究,请按要求填空。
(1)A 中发生的现象是
红棕色粉末逐渐变黑
。(2)实验过程中,CO 的作用有
①②③④⑤
(填序号)。①作为反应物
②实验开始时,排净装置中的空气,防止加热时发生爆炸
③停止加热后,防止 A 中的生成物被氧化
④停止加热后,防止 B 中的溶液倒吸入 A 中
⑤对 B 中反应物起到一定的搅拌作用,便于$CO_{2}$与澄清石灰水充分反应
(3)C 处酒精灯的作用是
点燃尾气中剩余的$CO$,防止污染空气
。(4)实验时准确称取 4.8 g 纯净的$Fe_{2}O_{3}$固体按如图所示进行实验,当固体全部变黑后,继续通入 CO 直到玻璃管冷却。向得到的黑色固体中加入足量的稀盐酸,固体全部溶解,无气泡产生。
查阅资料:a. 铁的氧化物在足量的稀盐酸中均能全部溶解;b.$Fe_{2}O_{3}$与 CO 反应的固体生成物可能的情况如下。
根据“无气泡产生”,猜想黑色粉末可能是:①$Fe_{3}O_{4}$;②$FeO$;③
$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$
。若测得反应后的固体质量为 4.64 g,则黑色粉末可能是①
(填序号)。答案
5. Ⅰ.氧气和水 Ⅱ. (1)$Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}$ (2)提供热量,维持炉温 Ⅲ. (1)红棕色粉末逐渐变黑 (2)①②③④⑤ (3)点燃尾气中剩余的$CO$,防止污染空气 (4)$Fe_{3}O_{4}$和$FeO$ ①
解析
【分析】
首先，铁作为双吸剂的原理是铁生锈需同时接触氧气和水，因此纳米铁粉吸收空气中的氧气和水；工业炼铁中，赤铁矿（Fe₂O₃）与CO高温反应生成铁和CO₂，焦炭燃烧提供热量并生成还原剂CO；实验探究部分，A中红棕色Fe₂O₃被还原为黑色物质，CO在实验中作为反应物、排空气防爆炸、防生成物氧化和倒吸，还能搅拌使反应更充分，C处酒精灯处理有毒尾气CO；最后根据加盐酸无气泡确定无单质铁，结合质量计算判断黑色粉末成分。
【解析】
Ⅰ. 铁生锈需要氧气和水，纳米铁粉可吸收空气中的氧气和水，故答案为氧气和水。
Ⅱ. (1) 赤铁矿（Fe₂O₃）与CO在高温下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$。
(2) 高炉炼铁中，焦炭燃烧放热，为炼铁提供维持炉温所需的热量，同时生成CO作为还原剂，故答案为提供热量，维持炉温。
Ⅲ. (1) A中红棕色的Fe₂O₃被CO还原为黑色的铁的氧化物，现象是红棕色粉末逐渐变黑。
(2) CO的作用：①作为还原剂，是反应的反应物；②实验开始时，通CO排净装置内空气，防止CO与空气混合加热发生爆炸；③停止加热后，继续通CO可防止生成的铁被空气中的氧气氧化；④停止加热后，装置内压强减小，通CO能防止B中溶液倒吸入热的A中；⑤CO通入时可起到搅拌作用，使CO₂与澄清石灰水充分反应，故填①②③④⑤。
(3) CO有毒，C处酒精灯的作用是点燃尾气中剩余的CO，防止污染空气。
(4) 向黑色固体中加足量稀盐酸无气泡，说明不含单质铁（铁与盐酸反应生成氢气，有气泡），因此黑色粉末可能是Fe₃O₄、FeO或Fe₃O₄和FeO的混合物（即③）。计算：4.8g Fe₂O₃的物质的量为$\frac{4.8g}{160g/mol}=0.03mol$，含Fe元素0.06mol。若黑色粉末为Fe₃O₄，其摩尔质量为232g/mol，0.03mol Fe₂O₃生成Fe₃O₄的物质的量为0.02mol，质量为$0.02mol×232g/mol=4.64g$，与反应后固体质量一致，故黑色粉末为Fe₃O₄，对应序号①。
【答案】
Ⅰ.氧气和水 Ⅱ.(1)$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$ (2)提供热量,维持炉温 Ⅲ.(1)红棕色粉末逐渐变黑 (2)①②③④⑤ (3)点燃尾气中剩余的$\ce{CO}$,防止污染空气 (4)$\ce{Fe_{3}O_{4}}$和$\ce{FeO}$ ①
【知识点】
金属的锈蚀、铁的冶炼、一氧化碳还原氧化铁实验
【点评】
本题综合考查铁的相关性质与应用，涵盖基础知识点、实验操作要点及化学计算，需学生掌握铁生锈条件、炼铁原理、实验注意事项及相关计算方法，难度适中。
【难度系数】
0.5
首先，铁作为双吸剂的原理是铁生锈需同时接触氧气和水，因此纳米铁粉吸收空气中的氧气和水；工业炼铁中，赤铁矿（Fe₂O₃）与CO高温反应生成铁和CO₂，焦炭燃烧提供热量并生成还原剂CO；实验探究部分，A中红棕色Fe₂O₃被还原为黑色物质，CO在实验中作为反应物、排空气防爆炸、防生成物氧化和倒吸，还能搅拌使反应更充分，C处酒精灯处理有毒尾气CO；最后根据加盐酸无气泡确定无单质铁，结合质量计算判断黑色粉末成分。
【解析】
Ⅰ. 铁生锈需要氧气和水，纳米铁粉可吸收空气中的氧气和水，故答案为氧气和水。
Ⅱ. (1) 赤铁矿（Fe₂O₃）与CO在高温下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$。
(2) 高炉炼铁中，焦炭燃烧放热，为炼铁提供维持炉温所需的热量，同时生成CO作为还原剂，故答案为提供热量，维持炉温。
Ⅲ. (1) A中红棕色的Fe₂O₃被CO还原为黑色的铁的氧化物，现象是红棕色粉末逐渐变黑。
(2) CO的作用：①作为还原剂，是反应的反应物；②实验开始时，通CO排净装置内空气，防止CO与空气混合加热发生爆炸；③停止加热后，继续通CO可防止生成的铁被空气中的氧气氧化；④停止加热后，装置内压强减小，通CO能防止B中溶液倒吸入热的A中；⑤CO通入时可起到搅拌作用，使CO₂与澄清石灰水充分反应，故填①②③④⑤。
(3) CO有毒，C处酒精灯的作用是点燃尾气中剩余的CO，防止污染空气。
(4) 向黑色固体中加足量稀盐酸无气泡，说明不含单质铁（铁与盐酸反应生成氢气，有气泡），因此黑色粉末可能是Fe₃O₄、FeO或Fe₃O₄和FeO的混合物（即③）。计算：4.8g Fe₂O₃的物质的量为$\frac{4.8g}{160g/mol}=0.03mol$，含Fe元素0.06mol。若黑色粉末为Fe₃O₄，其摩尔质量为232g/mol，0.03mol Fe₂O₃生成Fe₃O₄的物质的量为0.02mol，质量为$0.02mol×232g/mol=4.64g$，与反应后固体质量一致，故黑色粉末为Fe₃O₄，对应序号①。
【答案】
Ⅰ.氧气和水 Ⅱ.(1)$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$ (2)提供热量,维持炉温 Ⅲ.(1)红棕色粉末逐渐变黑 (2)①②③④⑤ (3)点燃尾气中剩余的$\ce{CO}$,防止污染空气 (4)$\ce{Fe_{3}O_{4}}$和$\ce{FeO}$ ①
【知识点】
金属的锈蚀、铁的冶炼、一氧化碳还原氧化铁实验
【点评】
本题综合考查铁的相关性质与应用，涵盖基础知识点、实验操作要点及化学计算，需学生掌握铁生锈条件、炼铁原理、实验注意事项及相关计算方法，难度适中。
【难度系数】
0.5
