10. (2025·湖北)钢铁工业加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级。工程师在如图1所示高炉炼铁的基础上，开发了氢基竖炉炼铁新工艺，其流程如图2所示。

(1)赤铁矿石的主要成分$Fe_{2}O_{3}$中，铁元素的化合价为。
(2)炼铁高炉进风口附近的反应主要生成$CO_{2}$而不是$CO$的原因是。
(3)新工艺绿色环保，“还原反应室”中的主要反应为$Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}\xlongequal{高温}2Fe + 3X$。
①X的化学式为。
②该反应属于(填序号)。
A. 化合反应
B. 分解反应
C. 置换反应
D. 复分解反应
(4)图2中合成气由甲烷和水反应制得，也可由焦炭通过反应$C + H_{2}O\xlongequal{高温}H_{2} + CO$制得。消耗相同质量的水时，理论上前者与后者制得的$H_{2}$的质量比为。

10. (1)$+3$ (2)进风口氧气充足,碳在氧气充足时燃烧生成$CO_{2}$ (3)①$H_{2}O$ ②C (4)$3:1$

【分析】
本题围绕炼铁工艺的新旧技术，考查化学基础知识点，解题思路如下：
1. 计算Fe₂O₃中铁的化合价，利用化合物中正负化合价代数和为0的规则；
2. 分析高炉进风口反应生成CO₂的原因，结合氧气充足时碳的燃烧产物判断；
3. ①确定X的化学式，依据质量守恒定律，反应前后原子种类和数目不变；②判断反应类型，根据反应物和生成物的类别（单质和化合物）分析；
4. 计算消耗相同质量水时两种反应生成H₂的质量比，需分别写出对应反应的化学方程式，结合水的质量计算生成H₂的质量，再求比值。
【解析】
(1) 在化合物Fe₂O₃中，氧元素化合价为-2价，设铁元素化合价为x，根据化合物中正负化合价代数和为0，可得：2x + 3×(-2) = 0，解得x=+3，故铁元素化合价为+3。
(2) 炼铁高炉进风口处通入充足的空气（氧气），碳在氧气充足的条件下燃烧生成CO₂，因此进风口附近反应主要生成CO₂而非CO。
(3) ①根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目不变。反应前Fe₂O₃ + 3H₂中，原子总数为：2个Fe、3个O、6个H；反应后2Fe中只有2个Fe，剩余的3个O和6个H构成3个X分子，故每个X分子含2个H和1个O，X的化学式为H₂O。
②该反应是单质（H₂）与化合物（Fe₂O₃）反应生成另一种单质（Fe）和另一种化合物（H₂O），符合置换反应的定义，故选C。
(4) 设消耗水的质量均为18g（水的摩尔质量为18g/mol）。
对于反应C + H₂O$\xlongequal{高温}$H₂ + CO，1mol H₂O（18g）生成1mol H₂，质量为2g；
甲烷和水反应制H₂的反应为CH₄ + H₂O$\xlongequal{高温}$CO + 3H₂，1mol H₂O（18g）生成3mol H₂，质量为3×2g=6g；
因此，消耗相同质量的水时，前者与后者制得的H₂质量比为6g:2g=3:1。
【答案】
(1)+3；(2)进风口氧气充足，碳在氧气充足时燃烧生成CO₂；(3)①H₂O；②C；(4)3:1
【知识点】
化合价计算、质量守恒定律、反应类型判断
【点评】
本题结合工业炼铁的新旧工艺，考查化学核心基础知识点，涵盖化合价、炼铁反应、质量守恒、反应类型及化学计算，题型常规，注重对基础概念和计算能力的考查，难度适中。
【难度系数】
0.6

11. (2025·新疆改编)活动小组对自热贴发热原理进行探究,某品牌一次性自热贴说明书如图1所示。
一次性自热贴
主要成分:铁粉、活性炭、食盐、水、蛭石、吸水性树脂
产品性能:平均温度$55\ °\mathrm{C}$,最高温度$63\ °\mathrm{C}$,发热时间$12\ \mathrm{h}$以上
使用说明:使用时将外包装袋撕开,取出内袋,将保护衬纸揭下,贴在需要取暖或热敷部位的内衣外侧,使用完后,从衣服上撕下即可
【严禁直接接触皮肤】
图1
【提出问题】自热贴为什么能发热?
【作出猜想】自热贴放出的热量主要来自铁粉生锈的过程。
【查阅资料】食盐对铁粉生锈有催化作用;$Fe_{2}O_{3}$能溶解在稀盐酸中形成黄色溶液;蛭石是一种优良的保温材料;吸水性树脂具有强吸水和保水能力,且可反复释水、吸水。
【实验初探】
(1)

【得出结论】自热贴放出的热量主要来自铁粉生锈的过程。
【实验再探】小组同学利用图2所示装置,向锥形瓶中分别放入三组物质进行实验。实验一:$5\ \mathrm{g}$铁粉、$1\ \mathrm{g}$氯化钠;实验二:$5\ \mathrm{g}$铁粉、$1\ \mathrm{g}$氯化钠、$1.5\ \mathrm{mL}$水;实验三:$5\ \mathrm{g}$自热贴袋内物质。测得锥形瓶内温度随时间变化的关系如图3所示。



【交流讨论】
(2)实验一中温度几乎不变的原因是。
(3)能证明实验二中物质发生反应的依据是。
(4)活性炭具有的结构,在自热贴中可以吸附氧气和水从而加快反应速率。
(5)从能量转化的角度分析,自热贴发热的实质是将能转化为热能。
(6)将温度传感器改为湿度传感器,重复实验三,得到的数据如图4所示。造成湿度逐渐增大的原因可能与自热贴中的(填自热贴中的成分)有关。
【反思评价】
(7)储存自热贴时应注意的事项是(写一点即可)。

11. (1)氧气(或空气) $Fe_{2}O_{3}$ $Fe + 2HCl\xlongequal{\;\;}FeCl_{2} + H_{2}\uparrow$ (2)铁虽然与氧气接触,但是缺少水,铁没有生锈 (3)温度随时间不断升高 (4)疏松多孔 (5)化学 (6)吸水性树脂 (7)密封保存(或置于阴凉干燥处,答案合理即可)

【分析】本题围绕自热贴发热原理展开探究，核心是铁生锈的条件（铁与氧气、水同时接触，食盐起催化作用），需结合各物质的性质分析实验现象与结论：①分析实验一温度不变的原因，需考虑铁生锈的必要条件；②实验二的温度变化是反应放热的直接体现；③活性炭的结构决定其吸附特性；④铁生锈属于化学变化，涉及能量转化；⑤湿度变化对应吸水性树脂的功能；⑥储存注意事项需结合铁生锈的条件推导。
【解析】
(2)铁生锈需要同时接触氧气和水，实验一中仅含铁粉和氯化钠，缺少水分，铁无法发生生锈反应，因此温度几乎不变。
(3)实验二中温度随时间不断升高，说明反应过程释放热量，可证明物质发生了化学反应。
(4)活性炭具有疏松多孔的结构，具备吸附性，能吸附氧气和水，加快铁生锈的反应速率。
(5)自热贴发热是铁生锈的化学变化过程，将化学能转化为热能。
(6)自热贴中的吸水性树脂具有强吸水和保水能力，且可反复释水，因此会导致湿度逐渐增大。
(7)铁生锈需要接触水和氧气，因此储存自热贴时应密封保存，避免接触水和氧气（或置于阴凉干燥处等合理答案）。
【答案】
(2)铁虽然与氧气接触，但是缺少水，铁没有生锈
(3)温度随时间不断升高
(4)疏松多孔
(5)化学
(6)吸水性树脂
(7)密封保存（或置于阴凉干燥处，答案合理即可）
【知识点】铁生锈的条件、物质的结构与性质、能量转化
【点评】本题结合生活中的自热贴场景，以实验探究形式考查铁生锈的相关知识，注重学生对实验现象的分析和物质性质的应用，难度适中。
【难度系数】0.5