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7 铁的三种氧化物 $\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$ 和 $\ce{Fe_{3}O_{4}}$ 在一定条件下,均能失去其中的氧,转化为铁。现有仅含 $\ce{Fe}$、$\ce{O}$ 两种元素的固体 $28.8\ \mathrm{g}$,其中有可能含有单质铁或者铁的氧化物中的一种或几种。为了探究其成分进行如图所示的实
验,充分反应后,称得 C 装置在反应后质量增加了 $17.6\ \mathrm{g}$(通入 A 装置中的 $\ce{CO}$ 气体中混有 $\ce{CO_{2}}$ 和$\ce{H_{2}O}$,碱石灰能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$ 和 $\ce{H_{2}O}$,$\ce{NaOH}$ 溶液能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$)。以下说法正确的有（
① 实验结束时应先停止加热,待玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳气体 ② 若无 A 装置,测定的原固体中铁元素的质量分数将偏小 ③ 根据实验数据进行计算,可确定原固体中铁和氧的原子的个数比为 $1:1$ ④ 原 $28.8\ \mathrm{g}$ 固体的组成可能有 7 种情况
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
验,充分反应后,称得 C 装置在反应后质量增加了 $17.6\ \mathrm{g}$(通入 A 装置中的 $\ce{CO}$ 气体中混有 $\ce{CO_{2}}$ 和$\ce{H_{2}O}$,碱石灰能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$ 和 $\ce{H_{2}O}$,$\ce{NaOH}$ 溶液能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$)。以下说法正确的有（
D
）① 实验结束时应先停止加热,待玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳气体 ② 若无 A 装置,测定的原固体中铁元素的质量分数将偏小 ③ 根据实验数据进行计算,可确定原固体中铁和氧的原子的个数比为 $1:1$ ④ 原 $28.8\ \mathrm{g}$ 固体的组成可能有 7 种情况
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
答案
D 【解析】①实验结束时,为了防止还原出来的铁再被空气中的氧气氧化,应该先停止加热,待玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳,故①的说法正确。②已知通入A装置中的CO气体中混有$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$,若无A装置,会导致C装置在反应后增加的质量偏大,使测得的二氧化碳的质量偏大,根据二氧化碳的质量计算出的原固体中氧元素的质量偏大,则测定的原固体中铁元素的质量分数将偏小,故②的说法正确。③CO具有还原性,能将铁的氧化物还原为铁,同时生成$\ce{CO_{2}}$。NaOH溶液能完全吸收$\ce{CO_{2}}$,装置C在反应后质量增加了17.6 g,即生成的二氧化碳质量为17.6 g,设原固体中氧元素的质量为x。
$\ce{CO∼ O∼ CO_{2}}$
16 44
x 17.6 g
$\dfrac{16}{44}=\dfrac{x}{17.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=6.4\ \mathrm{g}$
则原固体中铁元素的质量为$28.8\ \mathrm{g}-6.4\ \mathrm{g}=22.4\ \mathrm{g}$,所以原固体中铁和氧的原子的个数比为$\dfrac{22.4\ \mathrm{g}}{56}:\dfrac{6.4\ \mathrm{g}}{16}=1:1$,故③的说法正确。④由上述分析知,原固体中铁和氧的原子的个数比为1:1,则28.8 g固体的组成可能情况有:氧化亚铁;铁和氧化铁;铁和四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁;铁、氧化亚铁、四氧化三铁;铁、氧化铁、四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁,共7种,故④的说法正确。综上可知,说法正确的有4个。
$\ce{CO∼ O∼ CO_{2}}$
16 44
x 17.6 g
$\dfrac{16}{44}=\dfrac{x}{17.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=6.4\ \mathrm{g}$
则原固体中铁元素的质量为$28.8\ \mathrm{g}-6.4\ \mathrm{g}=22.4\ \mathrm{g}$,所以原固体中铁和氧的原子的个数比为$\dfrac{22.4\ \mathrm{g}}{56}:\dfrac{6.4\ \mathrm{g}}{16}=1:1$,故③的说法正确。④由上述分析知,原固体中铁和氧的原子的个数比为1:1,则28.8 g固体的组成可能情况有:氧化亚铁;铁和氧化铁;铁和四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁;铁、氧化亚铁、四氧化三铁;铁、氧化铁、四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁,共7种,故④的说法正确。综上可知,说法正确的有4个。
8 我国古代科技璀璨夺目,金属的冶炼与使用在当时已处于世界先进水平。
(1)日常生活中,适合制作电缆的金属是
A. 金
B. 铜
C. 汞
D. 钨
(2)明代《天工开物》描述了锡的冶炼方法,如图甲。炼锡时,原料锡砂中的$\ce{SnO_{2}}$和木炭在高温条件下反应得到锡和二氧化碳,反应的化学方程式为
(3) 新情境 古代科技 图乙为古代炼锌工艺的原理示意图。炉甘石的主要成分是$\ce{ZnCO_{3}}$,高温条件下易分解生成$\ce{ZnO}$。
① 泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是
② 已知锌的沸点为$907\ °\mathrm{C}$。泥罐下部温度可达$1\ 200\ °\mathrm{C}$,上部温度约为$600\ °\mathrm{C}$,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于
A. 结晶
B. 蒸发
C. 蒸馏
D. 升华
③ 必须冷却后才能取锌,是为了防止发生反应:
(4)在一定条件下,用氧化铝制金属铝需要使用电解的方法,写出该反应的化学方程式:
(1)日常生活中,适合制作电缆的金属是
B
(填字母)。A. 金
B. 铜
C. 汞
D. 钨
(2)明代《天工开物》描述了锡的冶炼方法,如图甲。炼锡时,原料锡砂中的$\ce{SnO_{2}}$和木炭在高温条件下反应得到锡和二氧化碳,反应的化学方程式为
$\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
。(3) 新情境 古代科技 图乙为古代炼锌工艺的原理示意图。炉甘石的主要成分是$\ce{ZnCO_{3}}$,高温条件下易分解生成$\ce{ZnO}$。
① 泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是
将ZnO还原为Zn
。② 已知锌的沸点为$907\ °\mathrm{C}$。泥罐下部温度可达$1\ 200\ °\mathrm{C}$,上部温度约为$600\ °\mathrm{C}$,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于
C
(填字母)。A. 结晶
B. 蒸发
C. 蒸馏
D. 升华
③ 必须冷却后才能取锌,是为了防止发生反应:
$\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(用化学方程式表示)。(4)在一定条件下,用氧化铝制金属铝需要使用电解的方法,写出该反应的化学方程式:
$\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
。答案
(1) B
(2) $\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
(3) ① 将ZnO还原为Zn ② C ③ $\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(4) $\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
(2) $\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
(3) ① 将ZnO还原为Zn ② C ③ $\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(4) $\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
9 [2024 溧阳市第六中学段考改编]如图为教材中实验室模拟炼铁的改进装置。回答下列问题：
（1）实验开始先通 CO 的目的是
（2）实验中可看到 B 中的现象为
（3）盛满澄清石灰水的 B 装置在此实验中的作用有
（4）某赤铁矿中含$\ce{Fe_{2}O_{3}}\ 80\%$，用$200\ \mathrm{t}$这种矿石，可炼出含杂质$4\%$的生铁约
（1）实验开始先通 CO 的目的是
排尽空气,防止加热时发生爆炸事故
。（2）实验中可看到 B 中的现象为
导管口有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊
。（3）盛满澄清石灰水的 B 装置在此实验中的作用有
检验产生的气体是二氧化碳
、收集尾气,防止CO污染空气
。（4）某赤铁矿中含$\ce{Fe_{2}O_{3}}\ 80\%$，用$200\ \mathrm{t}$这种矿石，可炼出含杂质$4\%$的生铁约
116.7
$\mathrm{t}$（结果精确到$0.1$）。答案
(1) 排尽空气,防止加热时发生爆炸事故
(2) 导管口有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊
(3) 检验产生的气体是二氧化碳 收集尾气,防止CO污染空气
(4) 116.7 【解析】(4) 解法1:设可炼出含杂质4%的生铁的质量为x。
$\ce{Fe_{2}O_{3} +3CO\xlongequal{高温}2Fe +3CO_{2}}$
160 112
$200\ \mathrm{t}×80\%$ $(1-4\%)x$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{200\ \mathrm{t}×80\%}{(1-4\%)x}\ \ \ x\approx116.7\ \mathrm{t}$
解法2:200 t含$\ce{Fe_{2}O_{3}}$80%的赤铁矿中铁元素的质量为$200\ \mathrm{t}×80\%×(\dfrac{112}{160}×100\%)=112\ \mathrm{t}$。反应前后铁元素质量守恒,所以反应后得到的纯铁质量为112 t,则可炼出含杂质4%的生铁的质量为$\dfrac{112\ \mathrm{t}}{1-4\%}\approx116.7\ \mathrm{t}$。
(2) 导管口有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊
(3) 检验产生的气体是二氧化碳 收集尾气,防止CO污染空气
(4) 116.7 【解析】(4) 解法1:设可炼出含杂质4%的生铁的质量为x。
$\ce{Fe_{2}O_{3} +3CO\xlongequal{高温}2Fe +3CO_{2}}$
160 112
$200\ \mathrm{t}×80\%$ $(1-4\%)x$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{200\ \mathrm{t}×80\%}{(1-4\%)x}\ \ \ x\approx116.7\ \mathrm{t}$
解法2:200 t含$\ce{Fe_{2}O_{3}}$80%的赤铁矿中铁元素的质量为$200\ \mathrm{t}×80\%×(\dfrac{112}{160}×100\%)=112\ \mathrm{t}$。反应前后铁元素质量守恒,所以反应后得到的纯铁质量为112 t,则可炼出含杂质4%的生铁的质量为$\dfrac{112\ \mathrm{t}}{1-4\%}\approx116.7\ \mathrm{t}$。
