Question

鐵的冶煉是鋼鐵工業(yè)的基礎．

（Ⅰ）如圖1是教材中煉鐵高爐及爐內化學變化過程示意圖，若圖中采用的鐵礦石的主要成分為氧化鐵，請寫出B區(qū)和C區(qū)所發(fā)生主要反應的化學方程式：（1）B區(qū)______ （2）C區(qū)______、______．
（Ⅱ）豎爐煉鐵也是一種重要的煉鐵方法，其工藝流程如圖2所示．
（3）該工藝流程中，甲烷的作用是______、______，冶煉出的鐵水屬于______（填“純凈物”或“混合物”）．
（4）該工藝流程中，可循環(huán)利用的物質是______．
（Ⅲ）金屬在活動性順序里的位置越后，其化合物越不穩(wěn)定，所以它的氧化物越容易被還原．
（5）請在下列①②中各寫一個化學方程式，③中寫出還原金屬氧化物的方法．

（Ⅳ）某興趣小組同學利用圖3裝置進行相關實驗，測定樣品的組成：
（6）若樣品由氧化鐵、氧化亞鐵和四氧化三鐵中的一種或幾種組成，待充分反應后，實驗數據記錄如下：

樣品質量	裝置A中玻璃管和固體的總質量	裝置B的質量
2.32g	反應前55.72g	反應前 281.00g
	反應后55.08g	反應后 281.56g

請回答下列問題：
①興趣小組同學經過討論后認為應選用樣品質量和裝置A中玻璃管和固體的總質量的變化來計算，而不選用裝置B的質量的變化來計算，理由是______．
②該樣品所有可能的組成是______．

Answer 1

解：（Ⅰ）（1）依據B區(qū)主要是生成鐵的反應，所以方程式為：Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂；
（2）C區(qū)主要是產生一氧化碳共發(fā)生了兩個反應，方程式為：C+O₂CO₂，CO₂+C2CO；
（II）（3）甲烷燃燒放出了大量的熱，能夠給煉鐵提供熱量，同時生成了二氧化碳和水，提供了生產合成氣的原料；而在煉鐵的過程中不可避免的會引入一些雜質，所以冶煉出的鐵水屬于混合物；
（4）根據甲烷燃燒的產物為二氧化碳和水，而高溫尾氣的成分也為二氧化碳和水，它們進入催化反應室中可以得到合成氣體（一氧化碳和氫氣）；所以可以判斷在該過程中能夠被循環(huán)利用的物質為二氧化碳和水；
（5）①氧化汞在加熱的條件下能夠分解產生氧氣和汞，該反應的化學方程式為：2HgO2Hg+O₂↑；C+2CuO2Cu+CO₂↑；
②碳是具有還原性的單質，可以和金屬氧化物反應，例如和氧化銅反應能生成銅和二氧化碳，該反應的化學方程式為：C+2CuO2Cu+CO₂↑；
③利用金屬的還原性也可以和金屬氧化物反應生成金屬單質和另一種金屬，例如題給的鋁和氧化鐵的反應；
（6）①不選用裝置B的質量的理由是：裝置B不能將反應產生的CO₂全部吸收，故答案為：裝置B不能將反應產生的CO₂全部吸收；
②根據表格數據：氧元素的質量=55.72g-55.08g=0.64g，混合物中氧元素的質量分數=×100%=27.6%，而Fe₃O₄中含氧元素的質量分數為：×100%=27.6%；而Fe₂O₃中含氧元素飛質量分數為：×100%=30%；而FeO中含氧元素的質量分數為：×100%=22.2%；根據計算可以知道該物質若含有一種物質，則為Fe₃O₄；若為混合物，則根據平均值的計算方法可以知道，該混合物中含有的物質至少有一種大于27.6%，且至少有一種物質中含氧元素的質量分數要小于27.6%；所以可能的混合物組合為：①Fe₂O₃、FeO； ②Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO．
故答案為：（I）（1）3CO+Fe₂O₃ 2Fe+3CO₂；
（2）C+O₂ CO₂2C+CO₂2CO；
（II）（3）燃燒產生熱量、做生產合成氣的原料；混合物；
（4）CO₂和H₂O（高溫尾氣）；
（III）（5）2HgO2Hg+O₂↑；C+2CuO2Cu+CO₂↑；
用金屬還原金屬氧化物；
（Ⅳ）（6）①裝置B不能將反應產生的CO₂全部吸收；
②Fe₃O₄；Fe₂O₃、FeO；Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO．
分析：（Ⅰ）依據B區(qū)主要是生成鐵而C區(qū)主要是產生一氧化碳的情況書寫即可；
（Ⅱ）（3）根據甲烷燃燒產生的熱量及煉鐵的原理解答，根據物質的分類標準來判斷鐵水所屬物質的種類；
（4）根據甲烷燃燒的產物和該流程最后所產生的氣體來完成解答即可．
（Ⅲ）（5）氧化汞在加熱的條件下能夠分解產生氧氣和汞，碳是具有還原性的單質，可以和金屬氧化物反應，例如和氧化銅反應能生成銅和二氧化碳；利用金屬的還原性也可以和金屬氧化物反應生成金屬單質和另一種金屬，例如鋁和氧化鐵的反應，可以據此完成該題的解答；
（Ⅳ）（6）①根據氣體和裝置的特點來進行分析并完成解答；
②根據試管A中物質反應前后質量變化來判斷反應物中氧元素的質量，然后結合氧化鐵、氧化亞鐵和四氧化三鐵中氧元素的質量采用平均值的方法來進行分析即可．
點評：本考點考查了鐵的冶煉，是結合課本知識的信息．煉鐵的原理是用還原劑一氧化碳把鐵從它的氧化物中還原出來，因為一氧化碳有毒，因此要進行尾氣處理．本題還考查了實驗數據的處理，并對實驗進行了評價，是中考考查的重點之一，本考點一般出現在實驗題中．