Question

2．鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程．煉鐵的原理是利用一氧化碳與氧化鐵的反應，該化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（1）某化學興趣小組在實驗室中模擬煉鐵原理的實驗，并對固體產(chǎn)物的成分進行探究．
【設計實驗】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實驗裝置如圖，酒精燈b的作用是點燃多余的一氧化碳，避免污染空氣．

【進行實驗】該小組按上述實驗設計，在一定溫度下進行了實驗，測得下列數(shù)據(jù)：
①反應前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）．
②反應后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m（冷卻到室溫稱量）．
（2）檢測A中的產(chǎn)物是否含鐵的化學方法是取樣，在A中的產(chǎn)物中滴加稀硫酸；如果產(chǎn)生氣泡；則含有鐵（寫出操作、現(xiàn)象、結論）．
【分析與討論】本實驗中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質(zhì)疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】
①一氧化碳還原氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關．
②一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
③

物質(zhì)          性質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【進一步實驗和得出結論】
①該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
②該小組同學將黑色固體粉末投入硫酸銅溶液中，一段時間后無紫紅色固體析出，則該黑色固體粉末為四氧化三鐵．其實，進行如上圖所示實驗后，若測得反應后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m為65.8g，也能得出這個結論．
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．上圖所示實驗裝置中，應作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
（3）當Fe₂O₃反應完全后，應先熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直到裝置中的固體冷卻
（4）某同學實驗完成后，發(fā)現(xiàn)過量的澄清石灰水增重0.44g，則該同學通人裝置的CO氣體質(zhì)量＞（填“＞”、“＜”或“=”）0.28g．理由是實驗開始或結束都要通入一氧化碳．

Answer 1

分析 根據(jù)工業(yè)冶鐵的反應原理：一氧化碳與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳的化學方程式；
（1）【設計實驗】根據(jù)尾氣中含有一氧化碳，一氧化碳有毒能污染空氣，分析酒精燈b的作用；
（2）考慮鐵和稀硫酸的反應；
【進一步實驗和得出結論】
①由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體進行猜測；
②利用假設法：該固體粉末是四氧化三鐵，進行分析計算；
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間，從而考慮裝置的改進；
（3）根據(jù)煉鐵的注意事項解答；
（4）根據(jù)實驗的過程及注意的事項分析通入一氧化碳的量．

解答 解：利用一氧化碳與氧化鐵來煉鐵反應化學方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（1）由于尾氣中含有一氧化碳，一氧化碳有毒能污染空氣，所以，酒精燈b的作用是：點燃多余的一氧化碳，避免污染空氣；
（2）取樣，在A中的產(chǎn)物中滴加稀硫酸；如果產(chǎn)生氣泡；則含有鐵
①由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
②依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素質(zhì)量是：6g×$\frac{3×16}{2×56+3×16}$×100%=1.8g，由于反應前后固體的質(zhì)量差即為氧化鐵失掉的氧的質(zhì)量，所以可知反應前后失掉的氧的質(zhì)量是：66g-65.8g=0.2g，所以該固體不可能全是鐵，固體中還有1.6g氧元素沒有失掉，假設全是四氧化三鐵則其含有的氧元素質(zhì)量是：5.8g×$\frac{4×16}{3×56+4×16}$×100%=1.6g，故全部是四氧化三鐵，所以該固體粉末是四氧化三鐵．所以是66g-0.2g=65.8g．
【反思與評價】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．上圖所示實驗裝置中，應作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈；
（3）當Fe₂O₃反應完全后，應先熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直到裝置中的固體冷卻；
（4）因為實驗開始或結束都要通入一氧化碳，故該實驗中一氧化碳的實驗用量大于量論用量0.28g．
故答案為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；  
（1）【設計實驗】尾氣處理，防止空氣污染；（2）取樣，在A中的產(chǎn)物中滴加稀硫酸；如果產(chǎn)生氣泡；則含有鐵；
【進一步實驗和得出結論】①氧化亞鐵；   ②四氧化三鐵； 65.8
【反思與評價】將酒精燈a換成酒精噴燈（合理答案均可）；
（3）熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直到裝置中的固體冷卻；
（4）＞； 實驗開始或結束都要通入一氧化碳

點評 本題通過一氧化碳還原氧化鐵考查常見物質(zhì)的性質(zhì)，增加了學生分析問題的思維跨度，強調(diào)了學生整合知識的能力．