Question

今年扬州迎来高铁交通发展的高潮。高铁给我们带来的不仅是交通方便，出行快捷，甚至是带来旅游业的繁荣。制造铁轨需要大量的合金钢，梅岭中学化学兴趣小组为此展开探究:

（一）工业上炼铁炼钢和轧制钢材的主要流程如下图:

已知:生铁的含碳量为2％～4.3％，钢的含碳量为0.03%~2%。

（1）炼铁的固体原料中加入焦炭的作用是______________、___________（用方程式表示）；

（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是____________________ 。

（3）热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体是________（填化学式）；

（4）炼钢炉中，通入纯氧而不用空气的目的是____________________。将钢锭轧成钢板，体现了金属的________性。

（二）该兴趣小组发现未经处理的钢铁容易生锈。同学们接着探究了铁生锈的相关问题。

（知识回顾）铁生锈的条件为铁与_______、_______同时接触，为了防止铁制品生锈，应采取的措施是__________（写出一种）。

（查阅资料）铁锈成分复杂，化学式可简单表示为Fe₂O₃•xH₂O，在加热时会分步反应， 首先失去结晶水，其反应可表示为Fe₂O₃•nH₂O=Fe₂O₃＋nH₂O浓硫酸可以吸水，碱石灰可以吸收水和二氧化碳。

（提出问题）铁锈（Fe₂O₃•nH₂O）中n的值等于多少呢？

（问题探究）小明发现实验室中有一保管不善的铁粉，大部分已经结块成红褐色，为了探究铁锈（Fe₂O₃•nH₂O）的组成，称取27.0g这种铁粉样品，按如图2所示装置进行实验。

（1）实验前应先_______________；

（2）为了保证实验安全，实验开始时应先__________，目的是_______________；

（3）A中的现象是 ________________；

（4）请指出该装置中有一处明显不足 _____________；

（数据处理）如图是加热时间和A中固体质量关系图象，下表是B、C中质量不再变化时B中浓硫酸、C中碱石灰装置质量变化情况。

	反应前（g）	反应后（g）
B	100	105.4
C	150	163.2

（5）铁锈（Fe₂O₃•nH₂O）中n的值是_____；

（6）写出T₃-T₄时间段发生反应的化学方程式 _______________________；

（7）计算原样品中单质铁的质量分数是________。（计算结果保留到0.1％）

Answer

C+O2CO2 CO2+C2CO 增大反应物的接触面积，使反应物充分反应 CO2 使氧气与尽可能与多的杂质反应 延展 水 氧气或空气 保持铁制品表面干燥（合理均可） 检查装置气密性 通一段时间一氧化碳，再加热 将硬质试管中的空气赶尽，防止混有空气加热，发生爆炸 红棕色固体变为黑色 没有对尾气进行处理 3 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 20.7%

【解析】

(1)炼铁的固体原料中加入焦炭的作用是将焦炭与热空气中的氧气充分反应生成二氧化碳，二氧化碳在高温下再被焦炭还原成一氧化碳，用一氧化碳还原铁矿石，故填写：C+O2CO2；CO2+C2CO；

(2)原料需经过粉碎，其目的是增大反应物的接触面积，使反应物充分反应，故填写：增大反应物的接触面积，使反应物充分反应；

(3)高炉气体中主要成分为，产物二氧化碳，热空气中也有二氧化碳，故填写：CO2；

(4)炼钢炉中，通入纯氧而不用空气的目的是使氧气尽可能与多的与杂质反应，故填写：使氧气与尽可能与多的杂质反应；

(5)铁生锈的条件为铁与水、空气或氧气接触，故填写：水；空气或氧气；

为了防止铁制品生锈，应采取的措施是：保持铁制品表面干燥，刷漆，烤瓷等，故填写：保持铁制品表面干燥（合理均可）；

(6)有气体生成或气体参与的实验，实验前必须检查装置的气密性，故填写：检查装置的气密性；

(7)由图可知，该实验中通有一氧化碳，且加热，为保证实验安全，实验开始时应先通一段时间一氧化碳，再加热，故填写：通一段时间一氧化碳，再加热；

该操作的目的是：将硬质试管中的空气赶尽，防止混有空气加热，发生爆炸，故填写：将硬质试管中的空气赶尽，防止混有空气加热，发生爆炸；

(8)由图可知，A中是一氧化碳还原生锈的铁粉（主要成分为Fe2O3），因此现象为：红棕色固体变为黑色，故填写：红棕色固体变为黑色；

(9)该实验有一氧化碳参与，因此，尾气中可能含有一氧化碳，必须进行尾气处理，故填写：没有对尾气进行处理；

(10) 设氧化铁质量为x，反应生成水的质量：105.4g-100g=5.4g，反应生成二氧化碳质量：163.2g-150g=13.2g，

根据题意有：160：18n=16g：5.4g，n=3，故填：3；

(11)T3-T4时间段，高温条件下氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，发生反应的化学方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故填写：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；

(12)设生成铁的质量为x

原样品中单质铁的质量为：16.8g-11.2g=5.6g

原样品中单质铁的质量分数是:×100%≈20.7%

答：原样品中单质铁的质量分数是20.7%。