Question

【題目】某興趣小組對工業煉鐵的相關知識進行了深入研究。

（知識回顧）工業煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣，下列相關知識的歸納，正確的是_____。

A 工業煉鐵得到的是純鐵

B CO還原氧化鐵的反應屬于置換反應

C 焦炭燃燒放熱，提高爐溫，并轉化成CO

D 煉鐵高爐排放的廢氣對空氣無污染

（提出問題）該小組同學發現甲烷的性質與氫氣、一氧化碳有很多相似之處。氫氣、一氧化碳具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？

（查閱資料）1 無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變為藍色。

2 鐵的氧化物與稀硫酸反應時無氣體生成

（實驗探究）為探究上述問題，設計如下裝置并進行實驗。

（1）實驗開始時先通一段時間甲烷的目的是_____________________。

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到________（填實驗現象），說明有鐵生成；B中白色固體變藍，說明有_____生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成。

（結論）甲烷有還原性。若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學方程式為__________________________。

（反思質疑）查閱資料得知：酒精燈加熱時達不到高溫，生成物中可能混有鐵的其他氧化物FexOy．為探究甲烷與氧化鐵反應后所得黑色粉末的成分，繼續進行如下實驗：

（1）探究黑色粉末中單質鐵的質量分數：

①將如圖各裝置按照一定順序連接，接口順序是a→_____→_____→d（填序號）。

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產生，通過測量量筒內水的體積得出氫氣質量為0.05g。計算黑色粉末中單質鐵的質量分數。_______________（寫出計算過程，結果保留到0.1%）

（2）確定黑色粉末中FexOy的化學式：

檢查如圖裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質玻璃管中，加熱至完全反應，稱得硬質玻璃管內剩余固體為5.6g，經檢驗全都是鐵。若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy的化學式為_____。從環保角度分析，如圖裝置存在的明顯缺陷是_____________________________。

Answer 1

【答案】C 排盡裝置內的空氣，防止加熱時產生爆炸 有氣泡產生 水 4Fe2O3+3CH4 8Fe+6H2O+3CO2 c b 19.4% FeO 未進行尾氣處理

【解析】

[知識回顧]

A 工業煉鐵得到的是含有碳等雜質的生鐵，不是純鐵；

B 一種單質和一種化合物生成另一種單質和一種化合物的反應叫置換反應，CO還原氧化鐵的反應兩種反應物都是化合物，不屬于置換反應；

C 焦炭燃燒生成二氧化碳時放出大量熱，提高爐溫，二氧化碳和碳在高溫下反應生成CO；

D 煉鐵高爐排放的廢氣中有一氧化碳，對空氣有污染；故選C；

[實驗探究]（1）點燃或加熱有空氣的混合物易發生爆炸，實驗開始時先通一段時間甲烷的目的是排盡裝置內的空氣，防止加熱時產生爆炸；

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到有氣泡產生，溶液由無色變成淺綠色，說明有鐵生成；B中白色固體變藍，說明有水生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成；

[結論]甲烷有還原性。若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學方程式為4Fe2O3+3CH4 8Fe+6H2O+3CO2；

[反思質疑]（1）探究黑色粉末中單質鐵的質量分數：

①將如圖各裝置按照一定順序連接，生成氣體進入集氣瓶，在壓力的作用下水進入量筒，進入量筒的水的體積等于進入集氣瓶氫氣的體積，接口順序是a→c→b→d；

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產生，通過測量量筒內水的體積得出氫氣質量為0.05g。設黑色粉末中單質鐵的質量為x，

x=1.4g

黑色粉末中單質鐵的質量分數:

；

（2）檢查如圖裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質玻璃管中，加熱至完全反應，稱得硬質玻璃管內剩余固體為5.6g，經檢驗全都是鐵，則氧元素的質量為：7.2g-

5.6g=1.6g，若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy，鐵與氧元素的原子個數比為：，化學式為FeO。從環保角度分析，如圖裝置存在的明顯缺陷是沒有尾氣處理裝置，易導致污染空氣。