Question

我国是一个钢铁大国，钢铁产量为世界第一．某化学实验小组的同学用下面的装置在实验室中模拟炼铁．请你和他们一起完成相关探究．

（1）操作顺序是实验成败的关键，对于该实验，应

 

．（填“先通入一氧化碳”或“先点燃酒精灯”）
（2）反应中可观察到粗玻璃管内的固体逐渐由

 

色变成

 

色，写出该反应的化学方程式

 

．
（3）产物的检验：
①初步检验：甲同学想对反应后的产物进行初步检验，请你帮他想出一个物理方法：

 

．
②进一步验证：乙同学想用化学方法对产物进一步验证，他将反应后的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中，发现只有部分变红．请写出生成红色物质的化学方程式：

 

．
（4）质疑与探究：
①乙同学对产物的成分产生了质疑，查阅相关资料之后得知，一氧化碳还原氧化铁是一个逐渐的过程．
首先是Fe₂O₃被还原为Fe₃O₄：3Fe₂O₃+CO

400℃-500℃  .

2Fe₃O₄+CO₂．
然后是Fe₃O₄被还原为FeO：

 

+

 

500℃-600℃  .

 

+

 

．
最后是FeO被还原为Fe：FeO+CO

600℃以上  .

Fe+CO₂
②通过以上分析，甲乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想：
已知：FeO、Fe₃O₄均为黑色，且Fe₃O₄有磁性．FeO、Fe₃O₄都不与硫酸铜溶液反应．
猜想一：Fe与Fe₃O₄；猜想二：Fe与FeO；猜想三：Fe与Fe₃O₄和FeO．
③为了对产物固体成分进行更客观的分析．甲乙同学将所做实验整理如下：

实验内容	实验现象	实验结论
将反应后得到的黑色粉末用磁铁吸引		猜想一成立
将反应后得到的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中		猜想一成立

④实验反思：为了提高铁的产率，应适当

 

（填“降低”或“提高”）反应温度．

Answer 1

考点：铁的冶炼,金属的化学性质,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：（1）根据一氧化碳还原氧化铁的实验注意事项分析；
（2）根据一氧化碳可以把氧化铁还原为铁，以及氧化铁和铁粉的颜色分析，并写出化学反应式；
（3）物理方法可以利用铁能被磁铁吸引的特点验证；铁可以与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁；
（4）根据反应物、生成物和反应条件；．

解答：解：（1）一氧化碳具有可燃性，加热前一定要先通入一氧化碳气体，然后给玻璃管加热，完全反应后停止加热，为防止生成的铁又被氧化，要再通一会一氧化碳．
（2）一氧化碳能把红棕色的氧化铁粉末还原成黑色的铁粉，化学反应式是：Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂；如果试管中的石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成．
（3）由于铁可以被磁铁吸引，所以可以用磁铁吸引观察是否能被吸引．铁可以与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，反应的化学方程式为：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
（4）①由题意可知：然后是Fe₃O₄被CO还原为FeO和CO₂的方程式为：Fe₃O₄+CO

500℃～600℃  .

3FeO+CO₂
③Fe与Fe₃O₄都可以被磁铁吸引，将反应后得到的黑色粉末用磁铁吸引，如果全部被吸引，则说明猜想一成立；
 进一步证明，被吸引的是铁还是铁与四氧化三铁的混合物，将反应后得到的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中，如果部分变红，则说明猜想一成立；
④由于在600℃以上Fe₂O₃才逐步转化为铁，所以提高温度有利于提高铁的产率．
故答案为：（15分）（化学方程式每个（2分），特殊标注的空（2分），其余每空1分）
（1）先通入一氧化碳
（2）红棕；黑；Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂
（3）①用磁铁吸引
②Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu
（4）①（2分）Fe₃O₄+CO

500℃～600℃  .

3FeO+CO₂
 ③（2分）全部被吸引   （2分）部分变红    ④提高

点评：此题是与炼铁相关的实验探究题，综合性较强，注意根据实验原理设计实验方案是解答的关键，平时注意培养应用知识、解决问题的能力．