Question

【題目】某興趣小組對工業(yè)煉鐵的相關(guān)知識進(jìn)行了深入研究。

（知識回顧）工業(yè)煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣，下列相關(guān)知識的歸納，正確的是_____。

A 工業(yè)煉鐵得到的是純鐵

B CO還原氧化鐵的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)

C 焦炭燃燒放熱，提高爐溫，并轉(zhuǎn)化成CO

D 煉鐵高爐排放的廢氣對空氣無污染

（提出問題）該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)甲烷的性質(zhì)與氫氣、一氧化碳有很多相似之處。氫氣、一氧化碳具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？

（查閱資料）1 無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變?yōu)樗{(lán)色。

2 鐵的氧化物與稀硫酸反應(yīng)時無氣體生成

（實(shí)驗(yàn)探究）為探究上述問題，設(shè)計(jì)如下裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)開始時先通一段時間甲烷的目的是_____________________。

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質(zhì)玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到________（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），說明有鐵生成；B中白色固體變藍(lán)，說明有_____生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成。

（結(jié)論）甲烷有還原性。若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學(xué)方程式為__________________________。

（反思質(zhì)疑）查閱資料得知：酒精燈加熱時達(dá)不到高溫，生成物中可能混有鐵的其他氧化物FexOy．為探究甲烷與氧化鐵反應(yīng)后所得黑色粉末的成分，繼續(xù)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

（1）探究黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

①將如圖各裝置按照一定順序連接，接口順序是a→_____→_____→d（填序號）。

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g。計(jì)算黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。_______________（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留到0.1%）

（2）確定黑色粉末中FexOy的化學(xué)式：

檢查如圖裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應(yīng)，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，經(jīng)檢驗(yàn)全都是鐵。若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy的化學(xué)式為_____。從環(huán)保角度分析，如圖裝置存在的明顯缺陷是_____________________________。

Answer 1

【答案】C 排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時產(chǎn)生爆炸 有氣泡產(chǎn)生 水 4Fe2O3+3CH4 8Fe+6H2O+3CO2 c b 19.4% FeO 未進(jìn)行尾氣處理

【解析】

[知識回顧]

A 工業(yè)煉鐵得到的是含有碳等雜質(zhì)的生鐵，不是純鐵；

B 一種單質(zhì)和一種化合物生成另一種單質(zhì)和一種化合物的反應(yīng)叫置換反應(yīng)，CO還原氧化鐵的反應(yīng)兩種反應(yīng)物都是化合物，不屬于置換反應(yīng)；

C 焦炭燃燒生成二氧化碳時放出大量熱，提高爐溫，二氧化碳和碳在高溫下反應(yīng)生成CO；

D 煉鐵高爐排放的廢氣中有一氧化碳，對空氣有污染；故選C；

[實(shí)驗(yàn)探究]（1）點(diǎn)燃或加熱有空氣的混合物易發(fā)生爆炸，實(shí)驗(yàn)開始時先通一段時間甲烷的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時產(chǎn)生爆炸；

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質(zhì)玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，溶液由無色變成淺綠色，說明有鐵生成；B中白色固體變藍(lán)，說明有水生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成；

[結(jié)論]甲烷有還原性。若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學(xué)方程式為4Fe2O3+3CH4 8Fe+6H2O+3CO2；

[反思質(zhì)疑]（1）探究黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

①將如圖各裝置按照一定順序連接，生成氣體進(jìn)入集氣瓶，在壓力的作用下水進(jìn)入量筒，進(jìn)入量筒的水的體積等于進(jìn)入集氣瓶氫氣的體積，接口順序是a→c→b→d；

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g。設(shè)黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為x，

x=1.4g

黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù):

；

（2）檢查如圖裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應(yīng)，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，經(jīng)檢驗(yàn)全都是鐵，則氧元素的質(zhì)量為：7.2g-

5.6g=1.6g，若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy，鐵與氧元素的原子個數(shù)比為：，化學(xué)式為FeO。從環(huán)保角度分析，如圖裝置存在的明顯缺陷是沒有尾氣處理裝置，易導(dǎo)致污染空氣。