Question

19．一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵（黑色）、鐵．
實驗一：某化學興趣小組的同學設計了如圖1所示的實驗裝置測定某赤鐵礦樣品中Fe₂O₃的質量分數．
他們稱取l0.0g赤鐵礦，當赤鈦礦中的Fe₂O₃全部還原為Fe時，剩余固體在CO的保護下冷卻、稱量，質量為7.6g（假設赤鐵礦中的雜質均不與CO反應）．

（1）實驗過程中可觀察到的現象是紅色粉末變?yōu)楹谏�，澄清石灰水變渾濁�?br />（2）實驗結束時繼續(xù)通入一氧化碳的目的是防止生成的鐵被空氣中的氧氣氧化；
（3）該赤鐵礦中Fe₂O₃的質量分數為80%；
實驗二：在鋼鐵廠的實驗室，同學們采集了用某種熱分析儀記錄的CO與Fe₂O₃進行反應時的有關數據，并得到固體質量與反應溫度的關系曲線，如圖2所示：
（4）根據圖象分析寫出P點時固體成分的化學式Fe；
（5）固體質量由48.0g變?yōu)?6.4g的過程中發(fā)生反應的化學方程式為3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400-500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；．

Answer 1

分析 （1）根據一氧化碳和氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁進行解答；
（2）實驗結束后應先停止加熱，待玻璃管冷卻后再停止通一氧化碳氣體．若這兩個操作次序顛倒了，生成的鐵被空氣中的氧氣氧化．
（3）根據反應前后質量變化利用質量差法分析Fe₂O₃的質量，進而計算該赤鐵礦中Fe₂O₃的質量分數；
（4）根據氧化性：Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO判斷與CO反應的先后順序，然后判斷反應溫度800℃（P點）時殘留固體的成分；
（5）根據氧化性順序及溫度判斷固體質量由48.0g變?yōu)?6.4g時參加反應的物質，然后寫出反應的化學方程式

解答 解：（1）一氧化碳和氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，所以圖中玻璃管處實驗現象是紅色粉末變?yōu)楹谏�，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，試管處實驗現象是澄清石灰水變渾濁．故填：紅色粉末變?yōu)楹谏�，澄清石灰水變渾濁�?br />（2）實驗結束后繼續(xù)通入一氧化碳到玻璃管冷卻，目的是防止生成的鐵被空氣中的氧氣氧化；故填：防止生成的鐵被空氣中的氧氣氧化；
（3）設該赤鐵礦中Fe₂O₃的質量為x
Fe₂O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，質量減少
160            112       160-112=48
x                        l0.0g-7.6g=2.4g
$\frac{160}{x}=\frac{48}{2.4g}$
x=8g
該赤鐵礦中Fe₂O₃的質量分數為$\frac{8g}{10g}$×100%=80%；故填：80%；
（4）根據氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應時，Fe₂O₃優(yōu)先反應，然后Fe₃O₄反應，最后FeO反應，根據圖象曲線可知，加熱到800℃時三種氧化物反應完全，此時固體為Fe，
故答案為：Fe；
（5）固體質量由48.0g變?yōu)?6.4g時，對應溫度為400-500℃，此時Fe₂O₃與CO反應，根據氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應時．失去氧48g-46.4=1.6g
氧化鐵中氧元素為48*48/160=14.4g，鐵元素質量=48-14.4g=33.6g
殘余固體中氧元素質量=14.4g-1.6g=12.8g
鐵氧原子個數比=（33.6/56）：（12.8/16）=3：4，所以此時還原產物為Fe₃O₄
對應方程式3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400-500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
故填：3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400-500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；

點評 本題考查了金屬的冶煉、鐵及其氧化物的性質等知識，題目難度較大，注意掌握常見金屬單質及其化合物性質．