Question

铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程．炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁的反应，该化学方程式为

 

．
（1）某钢铁厂每天需消耗5000t含氧化铁76%的赤铁矿石，该厂理论上可以日产含铁98%的生铁的质量是多少？（请写出计算过程，结果精确到0.1t）
（2）某化学兴趣小组在实验室中模拟炼铁原理的实验，并对固体产物的成分进行探究．
【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实验装置如图，酒精灯b的作用是

 

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【进行实验】该小组按上述实验设计，在一定温度下进行了实验，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66.0g（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m（冷却到室温称量）．
【分析与讨论】本实验中，玻璃管内固体粉末由红色全部变为黑色．小明同学认为该黑色固体全部是铁，但小华同学提出了质疑，于是大家提出查阅资料．
【查阅资料】
①一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关．
②一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁．
③

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

【进一步实验和得出结论】
①该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和

 

．
②该小组同学将黑色固体粉末投入硫酸铜溶液中，一段时间后无紫红色固体析出，则该黑色固体粉末为

 

．其实，进行如上图所示实验后，若测得反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量m为

 

g，也能得出这个结论．
【反思与评价】一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间．上图所示实验装置中，应作的一处修改是

 

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Answer 1

考点：一氧化碳还原氧化铁,常见金属的特性及其应用,含杂质物质的化学反应的有关计算,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：金属与金属材料

分析：根据工业冶铁的反应原理：一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳的化学方程式．
（1）由反应中铁与氧化铁的质量关系，利用生产的生铁中铁的质量计算参加反应氧化铁的质量，从而求得含铁98%的生铁的质量．
【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，由实验装置图，推测酒精灯b的作用；
【进一步实验和得出结论】
①由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体进行猜测；
②利用假设法：该固体粉末是四氧化三铁，进行分析计算；
【反思与评价】一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间，从而考虑装置的改进．

解答：解：
利用一氧化碳与氧化铁反应生成铁与二氧化碳，结合化学方程式的书写规则解决．
故答案为：3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂．
（1）解：设至少需要含氧化铁80%的赤铁矿石的质量是x．
3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂
    160         112
 5000t×76%     98%x
则

160

5000t×76%

=

112

98%x

，解得x=2714.3t
答：该厂理论上可以日产含铁98%的生铁的质量是2714.3t．
【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，由实验装置图，则可推测酒精灯b的作用为尾气处理，防止空气污染；
【进一步实验和得出结论】
①由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体的成分可能是：全部是铁；全部是四氧化三铁；两者的混合物；
②依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是：66g-60g=6g，这些氧化铁中含有的氧元素质量是：6g×

3×16

2×56+3×16

×100%=1.8g，由于反应前后固体的质量差即为氧化铁失掉的氧的质量，所以可知反应前后失掉的氧的质量是：66g-65.8g=0.2g，所以该固体不可能全是铁，固体中还有1.6g氧元素没有失掉，假设全是四氧化三铁则其含有的氧元素质量是：5.8g×

4×16

3×56+4×16

×100%=1.6g，故全部是四氧化三铁，所以该固体粉末是四氧化三铁．所以是66g-0.2g=65.8g．
【反思与评价】一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间．上图所示实验装置中，应作的一处修改是将酒精灯a换成酒精喷灯．
故答案为：3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂；  （1）2714.3t；
（2）【设计实验】尾气处理，防止空气污染；
【进一步实验和得出结论】①氧化亚铁；   ②四氧化三铁； 65.8
【反思与评价】将酒精灯a换成酒精喷灯（合理答案均可）；

点评：此题是与炼铁相关的实验探究题，综合性较强，尤其是利用数据对混合物的判断提高了试题的难度，