问题 实验题

(15分)铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程,把铁矿石和焦炭、石灰石一起加入高炉,在高温下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为                                   。某化学兴趣小组同学在学习炼铁的相关内容时,对炼铁时还原剂的选择进行了如下探究。

【提出问题】单质碳也具有还原性,碳还原氧化铁的化学方程式为                  。为什么工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石?

【猜想与假设】焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应不易完全。

【进行实验】实验步骤及注意事项如下:

①称取两份相同质量的氧化铁粉末。一份与足量的碳粉均匀混合放入下图装置A的试管中;另一份放入下图装置B的玻璃管中。

②装置A和B两组实验同时开始进行。在装置B的反应中,实验开始前应先         (选填“通CO”或“加热”); 实验结束后应继续通入CO直至冷却至室温,其原因是         

【实验现象】当装置B的玻璃管中固体完全由               时(选填“红色变为黑色”或“黑色变为红色”),装置A的试管中仍有                 

【解释与结论】焦炭和铁矿石都是固体,接触面积小,反应确实不易完全,这可能是工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石的一个原因。

【交流与反思】经过查阅资料和讨论,该小组同学发现除了上述原因外,工业上不用焦炭作为还原剂直接还原铁矿石还有一些其它原因,试写出其中的一个:                 

【完善实验】联想到单质碳的一些化学性质,甲同学认为在碳还原氧化铁的反应中可能还会有CO产生。为了证明碳还原氧化铁所得的气体中含有CO和CO2,将该气体通过下图的检验装置,正确的连接顺序是                  (选填字母,装置可重复使用)。经过检验,证实碳还原氧化铁所得的气体中确实含有CO和CO2,因此装置A的不足之处是    

答案

①3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2 (2分)

【提出问题】②3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2↑(2分)

【进行实验】③通CO (1分) ④  防止高温下铁又被进入的空气氧化(2分)

【实验现象】⑤红色变为黑色 (1分)   ⑥仍有红色物质(1分)

【交流与反思】⑦焦炭是固体,不容易和生成的铁分离(或焦炭中含有杂质,影响铁的纯度;或焦炭与氧气反应生成一氧化碳的同时放出大量的热,可提供一氧化碳还原铁矿石所需的高温,节约能源)(合理即可)(2分)

【完善实验】⑧C→D→C→E→C  (2分) ⑨缺少尾气处理装置(2分)

【提出问题】熟记碳还原氧化铁的化学反应式;

【进行实验】②根据可燃性气体与空气混合加热时有爆炸的危险考虑;

【实验现象】根据氧化铁是红色,铁粉是黑色分析判断现象;

【交流与反思】根据实验完成后还要考虑分离出所要得到的物质考虑;

【完善实验】根据澄清石灰水可以检验二氧化碳、氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳、一氧化碳可以还原氧化铜并生成二氧化碳气体考虑

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