Question

6．鋼鐵的冶煉是人類文明的一個重要標志．圖1是實驗室模擬煉鐵的裝置圖．

（1）寫出圖1中A處發生的化學反應方程式：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）實驗過程中通入CO質量與紅色粉末質量的關系如圖2所示．根據圖示，下列說法不正確的是①⑤；（填序號）
①a點表示開始通入CO，反應開始發生
②b點表示通入CO一段時間后加熱，反應開始發生
③c點表示紅色粉末已充分參加反應
④d點表示反應結束后仍需繼續通入CO
⑤可根據通入CO的質量計算出紅色粉末的質量
（3）圖1裝置中的不足之處是沒有對尾氣進行處理．
（4）該實驗煉制的鐵與工業煉制出的鐵最大的區別是該實驗煉制的鐵是純凈物，工業煉制的生鐵是混合物，含有一定量的碳．
（5）某化學小組的同學們利用上述實驗對一份固體樣品進行了探究．通過實驗已確定該樣品由氧化鐵和鐵粉混合而成．他們取了7.2g固體樣品，用圖1所示的裝置重新實驗，測定的部分數據如圖3所示，則原樣品中鐵元素與氧元素的質量比是5：1．

Answer 1

分析 （1）根據反應物、生成物和反應條件書寫方程式；
（2）實驗開始先通入一氧化碳，排盡試管內空氣，防止加熱發生爆炸，反應完成要繼續通一氧化碳，防止生成的鐵被氧化，此兩步一氧化碳都未發生反應，a-b紅色粉末的質量未變，說明反應尚未開始；
（3）一氧化碳有毒，未發生反應的一氧化碳要進行處理；
（4）工業煉制的是生鐵，此處煉制的是純鐵；
（5）根據圖示用差量法可以計算．根據一氧化碳只與氧化鐵反應，根據提供的數據計算出氧化鐵的質量，然后計算出樣品中鐵粉的質量分數；
（2）根據（1）的計算結果可知氧化鐵的質量，可計算出7.2g固體樣品中鐵的質量，然后再加上4g氧化鐵中鐵的質量，即得鐵元素總質量；再根據化學式中元素的質量分數，計算出氧化鐵中氧元素的質量，然后求二者的比值．

解答 解：（1）紅色粉末是氧化鐵，氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下生成鐵和二氧化碳，方程式是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
故答案為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）實驗開始先通入一氧化碳，排盡試管內空氣，防止加熱發生爆炸，反應完成要繼續通一氧化碳，防止生成的鐵被氧化，此兩步一氧化碳都未發生反應，所以不能根據通入一氧化碳的質量 進行計算，a-b紅色粉末的質量未變，說明反應尚未開始；
故選①⑤；
（3）一氧化碳有毒，未發生反應的一氧化碳要進行處理，圖中缺乏尾氣處理裝置；
故答案為：沒有對尾氣進行處理；
（4）工業煉制的是生鐵，含有一定量的碳，此處煉制的是純鐵，二者一個是純凈物，一個是混合物；
故答案為：該實驗煉制的鐵是純凈物，工業煉制的生鐵是混合物，含有一定量的碳；
（5）一氧化碳與氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，所以玻璃管固體減少的質量是氧化鐵中氧元素的質量．
解：設氧化鐵的質量為x．
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ 固體減少的質量
         160 　          112           160-112=48
           x                                   7.2g-6g     　
$\frac{160}{x}=\frac{48}{7.2g-6g}$
x=4g
所以樣品中鐵粉的質量是7.2g-4g=3.2g
樣品中Fe元素總質量：3.2g+4g×$\frac{112}{160}$×100%=6g
O元素總質量：4g×$\frac{16×3}{160}$×100%=1.2g
所以樣品中鐵元素與氧元素的質量比是：6g：1.2g=5：1
答：該樣品中鐵元素與氧元素的質量比是5：1．
故填：5：1．

點評 本題對一氧化碳還原氧化鐵進行了綜合的考查，既包括方程式、實驗步驟、裝置等知識的考查，又考查了相關計算，有一定的難度．