Question

某興趣小組在實驗室中模擬煉鐵化學原理的實驗，對固體產物成分等進行探究．
【設計實驗】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實驗裝置如圖1．
【進行實驗】該小組按上述實驗設計，在一定溫度下進行了實驗，測得下列數據：
①反應前玻璃管和內盛氧化鐵粉末的總質量66.0g（玻璃管的質量為60.0g）
②反應后玻璃管和內盛黑色固體的總質量65.8g（冷卻到室溫稱量）
【分析與討論】本實驗中，玻璃管內固體粉末由紅色全部變為黑色．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】
①CO還原Fe₂O₃的固體產物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關；
②CO還原Fe₂O₃的實驗過程中固體產物可能有Fe₃O₄、FeO、Fe；
③NaOH溶液與石灰水相似，能吸收CO₂，但不變渾．
④

物質性質	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【實驗與猜想】
（1）該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發現黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和

 

．
（2）進行猜想：黑色固體粉末可能 a．全部為鐵、b．

 

、c．

 

．
【得出結論】
（3）通過實驗中獲得的數據進行計算，得出黑色固體粉末為（寫名稱）

 

．
【反思與評價】
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度．
（5）實驗裝置圖中采用虛線框內的裝置，其作用有

 

．
A．收集CO    B．吸收CO₂    C．檢驗CO₂
【實踐應用】
小明和他的同學想測定某赤鐵礦石中Fe₂O₃的質量分數．用CO與10g赤鐵礦石樣品充分反應（雜質不參與反應），并將生成的氣體用足量的NaOH溶液完全吸收，該溶液總質量與反應時間的變化關系如圖2．
（6）上述反應產生CO₂的質量為

 

g；
（7）計算該赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數．

 

．（需要有計算過程）

Answer 1

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量,常見金屬的特性及其應用,一氧化碳還原氧化鐵,根據化學反應方程式的計算

專題：科學探究

分析：【實驗與猜想】（1）根據題意黑色固體粉末全部能被吸引分析不可能含有的物質；
（2）根據鐵和四氧化三鐵都是黑色、都能被磁鐵吸引，對黑色粉末進行猜想．
【得出結論】（3）根據氧化鐵的質量，可求出鐵的質量和含有的氧元素的質量，再根據減少的質量分析黑色固體粉末的成分．
【反思與評價】（5）根據一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣和二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應分析．
（6）NaOH溶液增加的質量等于二氧化碳的質量．

解答：解：（1）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
（2）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
【得出結論】（3）由實驗的數據可知，氧化鐵的質量為：66.0g-60.0g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素的質量為：6g×

16×3

56×2+16×3

=1.8g．則鐵的質量為：6g-1.8g=4.2g，如果6g的氧化鐵全部煉成鐵，減少的適量應是1.8g，由題意可知，固體減少的質量為：66g-65.8g=0.2g，所以，剩余物中鐵氧的質量比為4.2g：1.6g=21：8，該物質是四氧化三鐵．
【反思與評價】（5）由于一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣，二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應．所以，虛線框內的裝置，其作用是收集一氧化碳和吸收二氧化碳．
（6）反應產生CO₂的質量為106.6g-100.0g=6.6g
（7）解：設該樣品中氧化鐵的質量為x
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

 2 Fe+3CO₂?
160                 132
X                   6.6g

160

132

=

x

6.6g

X=8.0g
赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數

8.0g

10.0g

×100%=80%
答：樣品中氧化鐵的質量分數為80%．
故答案為：（1）氧化亞鐵；
（2）b．四氧化三鐵；c．鐵和四氧化三鐵；
（3）四氧化三鐵；
（5）AB；
（6）6.6g；
（7）80%（（2分），需要有解題過程）．

點評：本題綜合性較強，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數據對混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應前后元素的質量不變，并會結合方程式分析即可順利解答．