Question

（11分）鐵礦石冶煉成鐵是一個復雜的過程，把鐵礦石和焦炭、石灰石一起加入高爐，在高溫下，利用焦炭與氧氣反應生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石里還原出來。一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式為                                     。某化學興趣小組同學在學習煉鐵的相關內(nèi)容時，對煉鐵時還原劑的選擇進行了如下探究。
【提出問題】
單質碳也具有還原性，碳還原氧化鐵的化學方程式為                    。
為什么工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石？
【猜想與假設】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應不易完全。
【查閱資料】氫氧化鈉溶液和澄清石灰水化學性質類似，能與二氧化碳反應，但反應無明顯現(xiàn)象。
【進行實驗】實驗步驟及注意事項如下：
①稱取兩份相同質量的氧化鐵粉末。一份與足量的碳粉均勻混合放入下圖裝置A的試管中；另一份放入下圖裝置B的玻璃管中。
②裝置A和B兩組實驗同時開始進行。在裝置B的反應中，實驗開始前應先        （選填“通CO”或“加熱”）； 實驗結束后應繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，其原因是                       。

【實驗現(xiàn)象】當裝置B的玻璃管中固體完全由                時（選填“紅色變?yōu)楹谏�”或“黑色變�(yōu)榧t色”），裝置A的試管中仍有                        。
【解釋與結論】焦炭和鐵礦石都是固體，接觸面積小，反應確實不易完全，這可能是工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石的一個原因。
【交流與反思】經(jīng)過查閱資料和討論，該小組同學發(fā)現(xiàn)除了上述原因外，工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，試寫出其中的一個：            。
【完善實驗】聯(lián)想到單質碳的一些化學性質，甲同學認為在碳還原氧化鐵的反應中可能還會有CO產(chǎn)生。為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，將該氣體通過下圖的檢驗裝置，正確的連接順序是                  （選填字母，裝置可重復使用）。經(jīng)過檢驗，證實碳還原氧化鐵所得的氣體中確實含有CO和CO₂，因此裝置A的不足之處是                                      。

Answer 1

①3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂ （2分）
【提出問題】②3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑（2分）
【進行實驗】③通CO （1分）  ④防止高溫下鐵又被進入的空氣氧化（2分）
【實驗現(xiàn)象】⑤紅色變?yōu)楹谏?（1分）    ⑥仍有紅色物質（1分）
【交流與反思】⑦焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離（或焦炭中含有雜質，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應生成一氧化碳的同時放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源）（合理即可）（2分）
【完善實驗】⑧C→D→C→E→C  （2分）⑨缺少尾氣處理裝置（2分）

解析試題分析：一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為：①3CO+Fe₂O₃高溫2Fe+3CO₂；
[提出問題]碳與氧化鐵在高溫的條件下反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式為：3C+2Fe₂O₃高溫4Fe+3CO₂↑；
[進行實驗]由于CO為可燃性氣體，為防止CO與空氣混合加熱時，引起爆炸，在實驗前要先通入CO；為防止高溫下鐵又被進入的空氣中氧氣氧化，實驗結束后，應繼續(xù)通入CO直至冷卻至室溫，才停止通入CO；
[實驗現(xiàn)象]因氧化鐵是紅色，鐵粉是黑色，裝置B中的氧化鐵被完全還原后，實驗現(xiàn)象為固體藥品由紅色變成黑色；此時由于裝置A中的氧化鐵還沒有被完全還原，仍有紅色物質；
[交流與反思]工業(yè)上不用焦炭作為還原劑直接還原鐵礦石還有一些其它原因，如焦炭是固體，不容易和生成的鐵分離；或焦炭中含有雜質，影響鐵的純度；或焦炭與氧氣反應生成一氧化碳的同時放出大量的熱，可提供一氧化碳還原鐵礦石所需的高溫，節(jié)約能源等；
[完善實驗]為了證明碳還原氧化鐵所得的氣體中含有CO和CO₂，澄清石灰水可以檢驗二氧化碳、氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以還原氧化銅并生成二氧化碳氣體，所以先用裝置C檢驗二氧化碳是否存在，為防止二氧化碳影響實驗的結論，再用裝置D中的氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，再次連接裝置C檢查二氧化碳是否被完全吸收；然后將氣體通過裝置E，并再次連接裝置C，如果氧化銅由黑色變成紅色，裝置C中的澄清石灰水變渾濁，說明有一氧化碳氣體，故其裝置連接順序為C→D→C→E→C ；因尾氣中有一氧化碳存在，CO是有毒氣體，要進行尾氣處理，而圖中缺少此裝置。
考點：鐵的冶煉；常見氣體的檢驗與除雜；化學方程式的書寫。
點評：氣體CO不易檢驗，通常將其轉化為CO₂后，再進行檢驗，但一定要注意：要先將混合氣體中的CO₂除去再檢驗。