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【题目】某化学兴趣小组进行了实验室模拟炼铁。

【实验步骤】

(1)组装仪器,并_______________________________。

(2)装入药品后,先通入一氧化碳,待排尽装置内空气后,再点燃 _________________(填仪器①的名称)。

(3)当______________________时,停止加热。

(4)待玻璃管内物质冷却后,___________________________。

【分析与讨论】小王同学认为该黑色固体全部是铁,但小李同学提出了质疑,于是大家提出查阅资料。

【查阅资料】①CO还原Fe2O3的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关;Fe2O3与CO反应的固体生成物与温度的关系:

②相关物质的一些性质

物质性质

四氧化三铁

氧化亚铁

氧化铁

铁粉

颜色

黑色

黑色

红色

黑色

能否被磁铁吸引

能

不能

不能

能

【实验与猜想】

(1)于是该小组同学将反应后的黑色固体,用磁铁吸引,发现黑色固体粉末能全部被吸引。因此可推断黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和______________。

(2)为进一步确定黑色固体的成分,小组同学进行了定量测定。按实验设计,测得下列数据:

①反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量64.80g(玻璃管的质量为60.0g)

②反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量63.68g(冷却到室温称量)

通过实验中获得的数据进行计算,可得出黑色固体粉末的成分及质量分数为______________________。

【反思与评价】

(1)小组同学经过讨论认为,一氧化碳还原氧化铁时,若要得到较纯的铁,应该__________(填序号)。

①可适当提高反应温度 ②适当延长加热时间 ③固体要粉碎

(2)上述装置有一明显缺陷,请加以改正______________________________。

【实践应用】

某钢铁公司用480万吨含氧化铁60%的赤铁矿石炼铁,请问能得到含杂质5%的生铁_____________万吨?(要有计算过程,结果保留一位小数)

【答案】 检查装置气密性 酒精喷灯 红棕色粉末变成黑色 停止通入一氧化碳 氧化亚铁 四氧化三铁(31.5%)和铁(68.5%) ① ② ③ 在装置后加一燃着的酒精灯 212.2万吨

【解析】【实验步骤】

(1)实验之前应检查装置气密性;

(2)仪器①是酒精喷灯;

(3)当红棕色粉末变成黑色时,说明反应完成,停止加热;

(4)防止生成的铁被氧气氧化,所以实验完毕后继续通入一氧化碳,待玻璃管内物质冷却后,再停止通入一氧化碳;

【反思与评价】(1)黑色固体粉末全部能被吸引,说明黑色粉末中含有铁,或含有四氧化三铁,或含有铁和四氧化三铁,不可能含有氧化亚铁和氧化铁;

(2)依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是:64.80g -60.0g=4.8g,这些氧化铁中含有的氧元素质量是:4.8g××100%=1.44g,由于反应前后固体的质量差即为氧化铁失去的氧的质量,所以可知反应前后失掉的氧的质量是:64.80g -63.68g =1.12g,所以该固体不可能全是铁,固体中还有1.44g-1.12g=0.32g氧元素没有失掉,所以设四氧化三铁质量为x,其x××100%=0.32g,x=1.16g,所以该固体粉末中四氧化三铁含量为; ×100%≈31.5%,含铁的质量分数为1-31.5%=68.5%;

【反思与评价】(1)一氧化碳还原氧化铁得到铁时需要较高的温度,若要得到较纯的铁,应该可适当提高反应温度、适当延长加热时间、固体要粉碎等;

(2)由于一氧化碳有毒,会污染空气,所以在装置后加一燃着的酒精灯,将一氧化碳燃烧掉;

【实践应用】解:设能得到含杂质5%的生铁质量为x

480万吨×60%××100%=x×(1-5%)

x≈212.2万吨。

答:能得到含杂质5%的生铁212.2万吨。

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