Question

【題目】鐵在生產(chǎn)生活中應用十分廣泛．鐵的冶煉和利用已成為目前科學研究和技術領域中的重要課題．

一、生活中使用的防寒熱帖利用了鐵生銹原理，其工作過程中實現(xiàn)了由化學能轉(zhuǎn)化為 能．

二、鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭和氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來，得到鐵合金．一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為 ．

（1）甲同學為探究鐵合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)，先后進行了四次實驗（雜質(zhì)不與稀硫酸反應），實驗數(shù)據(jù)如下表：

	第一次	第二次	第三次	第四次
所取合金的質(zhì)量∕g	10	10	20	30
所加稀硫酸的質(zhì)量∕g	100	120	80	X
生成氫氣的質(zhì)量∕g	0.3	0.3	0.3	Y

請回答：上表第四次實驗中合金力的鐵恰好與稀硫酸完全反應，則Y= g，該鐵合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)是多少（寫出計算過程）？

（2）乙同學提出單質(zhì)碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為 ，為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？于是，他模擬工業(yè)煉鐵設計如下對比實驗（查閱資料獲知NaOH溶液可吸收CO2氣體）；

①取兩份相同質(zhì)量的氧化鐵粉末．一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的硬質(zhì)試管總；另一份放入下圖裝置B的硬質(zhì)玻璃管中．

②裝置A和B兩組實驗同時開始進行．在裝置B的反應中，實驗開始前，先 （選填“通CO”或“加熱”）；實驗結束后，繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫．

此時，發(fā)現(xiàn)裝置B的硬質(zhì)玻璃管中固體完全由 色變?yōu)?/span> 色，裝置A的硬質(zhì)試管中仍有紅色固體．因而他認為焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，不易完全反應時工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因．

（3）丙同學經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個 ．

（4）丁同學利用圖B裝置，取不同質(zhì)量的鐵的氧化物進行實驗．所得實驗數(shù)據(jù)如下：

實驗序號	鐵的氧化物質(zhì)量/g	生成鐵的質(zhì)量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

從上表可以看出進行第2次實驗時，所得數(shù)據(jù)十分不可靠，故舍去．請分析造成此種結果的原因主要可能是 ．

Answer 1

【答案】一、熱．二、（1）0.9，84%；

（2）2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑；通CO，紅，黑；

（3）生鐵和焦炭都是固體，不易分離（4）反應時間太短．

【解析】一、生活中使用的防寒熱貼利用了鐵生銹原理，鐵生銹過程中實現(xiàn)了由化學能轉(zhuǎn)化為熱能，故填：熱．

二、一氧化碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

（1）根據(jù)表格提供的數(shù)據(jù)可以看出，10g合金與80g硫酸是恰好完全反應，故上表第四次實驗中合金里的鐵恰好與稀硫酸完全反應，則30g合金生成氫氣的質(zhì)量為0.9g；

設鐵的質(zhì)量為x

Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑

56 2

x 0.9g

x=25.2g

該鐵合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)==84%；

（2）碳還原氧化鐵生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑；

②裝置A和B兩組實驗同時開始進行．在裝置B的發(fā)應中，實驗開始前，先通CO，排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時產(chǎn)生爆炸；一氧化碳能與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，會觀察到裝置B的硬質(zhì)玻璃管中固體完全由紅色變?yōu)楹谏��?/span>

（3）工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的原因還與焦炭的狀態(tài)有關，生鐵和焦炭都是固體，不易分離，故填：生鐵和焦炭都是固體，不易分離．

（4）丁同學利用圖B裝置，取不同質(zhì)量的鐵的氧化物進行實驗．所得實驗數(shù)據(jù)如下：

實驗序號	鐵的氧化物質(zhì)量/g	生成鐵的質(zhì)量/g
1	4.00	2.81
2	8.00	7.62
3	10.00	7.01
4	12.00	8.42
5	14.00	9.81
6	16.00	11.22
7	18.00	12.63
8	20.00	14.03

進行第2次實驗時，所得數(shù)據(jù)過大，十分不可靠．造成此種結果的原因主要可能是反應時間太短，氧化鐵沒有全部被還原，故填：反應時間太短．