Question

13．已知某金屬X有下列相關信息：①它的主要礦物的化學成分是X₂O₃；②它主要通過熱還原法冶煉而成；③它的年產量位于金屬之首．
（1）在高爐中用含X₂O₃的礦物冶煉該金屬的原理是Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂（用化學方程式表示）．
（2）同學們設計了如下實驗方案測定該礦物中X₂O₃的質量分數（裝置氣密性良好；礦物中的雜質不參加反應；假設礦物樣品中的X₂O₃完全反應）：
①取礦物樣品并稱量該樣品的質量m₁
②測出反應前廣口瓶和瓶內物質總質量m₂；
③測出反應后廣口瓶和瓶內物質總質量m₃；
④計算得出礦物樣品中X₂O₃的質量分數．
你認為，該實驗方案不能準確測出礦物中X₂O₃的質量分數，理由是生成的二氧化碳氣體不一定被石灰水完全吸收，不改變裝置和藥品，可以通過測定測出反應前玻璃管和礦物質樣品的總質量m₂和反應后玻璃管和剩余固體總質量m₃，則礦物中X₂O₃的質量分數為$\frac{10（{m}_{2}-{m}_{3}）}{3{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 （1）年產量位于金屬之首的是金屬鐵；高爐煉鐵中發(fā)生的反應是一氧化碳還原氧化鐵；
（2）要測定礦物中X₂O₃的質量分數，可以根據反應前后固體物質的質量差來進行計算，再利用質量分數公式求算．

解答 解：（1）根據該金屬年產量位于金屬之首，可以確定該金屬是鐵，故高爐煉鐵中發(fā)生的反應是一氧化碳還原氧化鐵，此反應生成鐵和二氧化碳，所以答案為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）石灰水是氫氧化鈣的水溶液，氫氧化鈣是微溶于水的物質，故所含的溶質少，不一定能將生成的二氧化碳全部吸收，而且從裝置可以看出，石灰水直接與空氣接觸，可能吸收空氣中的二氧化碳，所以不一定能準確測出礦物中X₂O₃的質量分數，還可以設計實驗通過測定反應前后固體物質的質量差進行計算，由于一氧化碳有毒，必須進行尾氣處理，所以答案為：不一定，生成的二氧化碳氣體不一定被石灰水完全吸收（或石灰水可能吸收空氣中的二氧化碳），
因為通過測定測出反應前玻璃管和礦物質樣品的總質量m₂和反應后玻璃管和剩余固體總質量m₃，則設氧化鐵的質量為x．
3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ △m
     160      112      48
      x               m₂-m₃
則$\frac{160}{48}=\frac{x}{{m}_{2}-{m}_{3}}$，解得x=$\frac{10}{3}$（m₂-m₃）
氧化鐵的質量分數為：$\frac{10（{m}_{2}-{m}_{3}）}{3{m}_{1}}$×100%．
故答案為：
（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）生成的二氧化碳氣體不一定被石灰水完全吸收，$\frac{10（{m}_{2}-{m}_{3}）}{3{m}_{1}}$×100%．

點評 本題考查的是金屬鐵的冶煉，可以依據課本已有知識作出回答，在涉及到礦物中氧化鐵的含量測定時，必須注意測量結果的準確性，排除干擾因素．