殊途同歸來煉鐵比較歸納辨差異

洪茲田

實驗室利用一氧化碳還原氧化鐵和工業上的高爐煉鐵，這兩種方法殊途同歸，都可以獲得鐵單質。本文將這兩種獲得鐵單質的方法進行對比，幫助同學們辨別它們的異同點。

[夯實基礎]

[注意事項]

一氧化碳還原氧化鐵實驗應注意如下問題：

1. 實驗時應先通入CO，一段時間后再點燃酒精燈。通入CO的目的是排出裝置內的空氣，防止加熱時CO與空氣混合可能會發生爆炸。

2. 實驗結束后先熄滅酒精噴燈，繼續通入CO直至硬質玻璃管冷卻。這樣做的目的是：（1）防止試管內壓強減小，澄清石灰水倒吸進入硬質玻璃管中，使硬質玻璃管炸裂;（2）防止空氣進入熱的硬質玻璃管，導致生成的鐵重新被氧氣氧化。

3. CO有毒，實驗時須注意通風，不能一開始就點燃尾氣，否則有可能爆炸。

4. CO不能直接排放到空氣中，實驗裝置中須有尾氣處理裝置。除用酒精燈點燃外，還可以在尖嘴處系一個氣球收集CO備用。或者將尾氣直接通至酒精噴燈的火焰上，這樣做既可以防止污染，又可節約能源。

[實戰演練]

1. （2020·江蘇·蘇州）利用如圖1所示實驗裝置模擬工業煉鐵，下列說法正確的是（ ）。

A.實驗時應先點燃酒精燈，后通入CO

B.充分加熱，a處固體由黑色變為紅色

C. b處可用澄清石灰水檢驗生成的CO2

D.可用NaOH溶液吸收尾氣中的CO

解析：實驗時應先通入CO排出裝置內的空氣，防止加熱時CO與空氣混合發生爆炸，一段時間后再點燃酒精燈，故A錯誤;a處發生的反應為3CO + Fe2O3 [ ? ?高溫 ? ?] 2Fe + 3CO2，Fe2O3為紅棕色，生成的鐵粉為黑色，即a處固體由紅色變為黑色，故B錯誤;生成的CO2可用澄清石灰水檢驗，故C正確;尾氣中的CO不與堿溶液反應，因此不能用NaOH溶液吸收，故D錯誤。所以本題應選擇C。

答案： C

2.（2020·貴州·遵義）如圖2所示CO還原Fe2O3的實驗中，Fe2O3轉化為鐵的具體過程是：[Fe2O3 400℃～500℃ Fe3O4 600℃～680℃ FeO 700℃～800℃ Fe] 。已知鐵的氧化物除Fe2O3外，其余均為黑色。下列說法正確的是（ ）。

A.裝置中漏斗的作用是防止倒吸

B.通過實驗現象可以判斷Fe2O3是否完全轉化為鐵

C.該實驗中所有的化學反應中，氧元素的化合價均未改變

D.當硬質玻璃管內固體中鐵元素的質量分數為74%時，固體成分是Fe3O4和FeO

解析：CO和Fe2O3在高溫條件下反應生成CO2和鐵，CO2和澄清石灰水反應生成碳酸鈣和水。倒置漏斗的作用是點燃過量的尾氣CO，防止有毒的CO污染空氣，故A錯誤。由于Fe、Fe3O4和FeO均為黑色固體，所以通過玻璃管中的粉末由紅色逐漸變為黑色的實驗現象不可判斷Fe2O3是否完全轉化為鐵，故B錯誤。該實驗中所有的化學反應中，最后一步CO在空氣中點燃生成CO2，其中反應物O2中氧元素的化合價為0價，生成物CO2中氧元素化合價為-2價，化合價發生了變化，故C錯誤。Fe2O3、Fe3O4和FeO中鐵元素的質量分數依次為：[56×256×2+16×3 × 100%=70%]，[56×356×3+16×4 × 100%≈72.4%]，[5656+16 ×100%≈77.8%]。因此當硬質玻璃管內固體中鐵元素的質量分數為74%（處在72.4%和77.8%之間）時，固體成分是Fe3O4和FeO，故D正確。

答案：D

（作者單位：福建省廈門市翔安第一中學）