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1、铁的冶炼例 1 某化学兴趣小组根据如图所示进行模拟炼铁的实验，并对产物成分进行探究。经初步分析：无色气体 A 不含有单质气体，黑色粉末B 含有两种单质中的一种或者两种。高炉炼铁的原理为：高温Fe2O3 +3CO =2Fe+3CO 2，请写出反应器中一氧化碳是如何产 生的 化学方程 式_ 。兴趣小组又分成甲、乙两组分别对无色气体A 和黑色粉末 B 的成分进行探究。【猜想与假设】甲组在分析了炼铁的原理后，认为无色气体A 中可能有 CO2，也可能有未反应的 _。乙组认为黑色粉末的成分中存在以下三种情况：假设一：只含有铁。假设二：只含有 _。假设三：以上两种物质都含有。【实验探究】(1)为验证甲组的猜
2、想，大家按下图示进行实验(箭头表示气体流向 )：当看到中澄清石灰水变浑浊，中灼热的氧化铜变红，可以确定无色气体A 的成分为_ ，中浓硫酸的作用是 _ 。(2)为验证乙组中假设三成立，大家用物理和化学两种方法来进行探究：实验方法实验操作实验现象实验结果物理方法假设三成立化学方法取少量黑色粉末B 于试管中， 加入过量假设三成立的稀盐酸写出黑色粉末B 中加入过量的稀盐酸反应的化学方程式为_ 。【交流反思】在做甲组的实验中发现其存在一个很不环保的缺陷，请指出来 _ 。解析炼铁时，把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化碳在高温下与碳反应生成一氧化碳，再利用一氧化碳把铁从铁矿石中还
3、原出来，据此可写出产生一氧化碳的两步反应的化学方程式。【猜想与假设】根据炼铁原理可推知，无色气体A中可能有 CO2，也可能有CO；黑色粉末B 中可能含有铁、碳或两者的混合物。【实验探究】(1) 中澄清石灰水变浑浊，说明无色气体A 中含有 CO2；中灼热的氧化铜变红，说明无色气体 A 中含有 CO；浓硫酸具有吸水性， 起干燥作用。 (2) 因铁可被磁铁吸引， 而碳不能被磁铁吸引， 因此物理方法可用磁铁来检验； 铁可与稀盐酸反应产生气泡， 而碳不能与稀盐酸反应，用稀盐酸可进行检验；铁与稀盐酸盐酸反应生成FeCl2 和 H 2。【交流反思】甲组实验中没有进行尾气处理， 尾气中含有未反应完的CO 气体
4、， CO 气体有毒， 会对空气造成污染。高温高温答案 C+O 2=CO2、 CO2+ C=2CO【猜想与假设】 COC【实验探究】 (1)CO2、 CO干燥气体(2)实验方法实验操作实验现象实验结果取少量黑色粉末B ，用磁部分黑色粉末被吸引上来物理方法铁吸引第 1页部分黑色粉末溶解，产生化学方法气泡Fe+2HCl= FeCl 2+H 2【交流反思】没有进行尾气处理例 2 竖炉冶铁工艺流程如下图所示。回答下列问题：(1)该工艺流程中，甲烷的作用是_ ，冶炼出的铁水属于_( 填 “纯净物 ”或 “混合物 ”)。(2)用化学方程式表示还原反应室内炼铁的原理_。 (写一个 )(3)该工艺流程中，可循
5、环利用的物质是 _ 。解析 从题中可知，甲烷的作用一是燃烧产生热量，二是甲烷与CO2、H 2O 反应合成CO 和 H2；冶炼出的铁水属于生铁，其中含有少量的碳等，属于混合物；CO 和 Fe2O3 在高温条件下反应生成Fe 和 CO2；H 2 和 Fe2O3 在高温条件反应生成Fe 和 H2O；从题中信息可知：CO2 和 H 2O 既是甲烷的燃烧产物，又是高温尾气的成分，它们进入催化反应室中可以得到合成气 (CO 和 H2)，因此可以判断在该过程中能够被循环利用。答案 (1)燃烧产生热量、做生产合成气的原料混合物 (2)3CO+Fe 2O32Fe+3CO 2或 3H 2+Fe2 O32Fe+3H
6、 2O(合理答案均可 ) (3)CO 2 和 H 2O(高温尾气 )例 3 钢铁工业是国家工业的基础。(1) 右图是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图，根据图示回答下列问题。若右图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，请写出 A 区和 B 区所发生主要反应的化学方程式：A 区_ ；B 区_ 。(2)某兴趣小组在实验室中模拟炼铁化学原理的实验，对固体产物成分等进行探究。【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实验装置如右图。【进行实验】该小组按上述实验设计，在一定温度下进行了实验，测得下列数据： 反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量66.0g(玻璃管的质量为60.0g) 反应后玻璃管和内盛黑
7、色固体的总质量65.8g(冷却到室温称量)【分析与讨论】本实验中，玻璃管内固体粉末由红色全部变为黑色。 小明同学认为该黑色固体全部是铁， 但小华同学提出了质疑，于是大家提出查阅资料。【查阅资料】 一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关。 一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁。物性质四氧化三铁氧化亚铁氧化铁铁粉质第 2页颜色黑色黑色红色黑色能否被磁铁吸引能不能不能能【实验与猜想】 该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和_。 进行猜想：黑色固体粉末可能a.全部为铁
8、b. _c._。【 得 出 结 论 】 通 过 实 验 中 获 得 的 数 据 进 行 计 算 ， 得 出 黑 色 固 体 粉 末 为 ( 写 名称 )_ 。【反思与评价】 一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间。 实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有_ 。A. 收集一氧化碳B. 吸收二氧化碳C.检验二氧化碳解析 A 区为生铁的产生区，即 CO 与 Fe2O3 反应生成 Fe 和 CO2， B 区主要为还原剂的产生区，即 C 和 O2 反应， CO2 与 C 反应；根据题中信息，四氧化三铁和铁粉都能被磁铁吸引， 而氧化亚铁和氧化铁不能被吸引，则黑色粉末中不可
9、能含有氧化铁和氧化亚铁，故黑色粉末的可能组合为铁、 四氧化三铁、 四氧化三铁和铁的混合物； 由于黑色粉末存在三种情况，从铁元素守恒上可得出如下关系式：xFe2 O32FexOy160x2(56x+16y)6.0g5.8g160x 2(56x+16y)=6.0g 5.8gx y=3 4，则黑色粉末为Fe3O4(四氧化三铁 )仔细观察虚线框内的装置可知，洗气瓶内进气管、 出气管都深入了瓶底，可推测出其作用是吸收二氧化碳并收集一氧化碳。点燃CO2+C2CO答案 (1)3CO+Fe 2O32Fe+3CO 2 C+O 2CO2(2)【实验与猜想】氧化亚铁铁和四氧化三铁四氧化三铁 (二者可互换 )【得出结论】四氧化三铁【反思与评价】 AB第 3页