《2025年启东中学作业本九年级化学上册人教版安徽专版》

13. (2025·芜湖一模)兴趣小组同学按如图(夹持与加热装置已省略)进行实验室模拟炼铁实验。
【实验操作】
①连接装置，检查装置的气密性。
②在硬质玻璃管 $A$ 处放入少量氧化铁粉末。夹取一块木炭放于距离 $A$ 处约 $1cm$ 左右的 $B$ 处。
③注射器 2、3 活塞均推到顶。用注射器 1 缓慢通入二氧化碳至观察到烧杯中石灰水变浑浊，关闭止水夹 $K_1$、$K_2$。
④打开高温喷枪先后加热玻璃管 $B$、$A$ 处，轻微推拉注射器 2、3，当观察到 $A$ 处产生明显现象后停止加热。
⑤推拉注射器 2、3，待玻璃管内物质冷却后，用注射器 1 抽取管内剩余气体。
⑥取少量 $A$ 处固体检验成分。
【交流讨论】
(1)实验中木炭的作用可用化学方程式表示为CO_2 + C \stackrel{高温}{=\!=\!=} 2CO。
(2)操作③中观察到烧杯中石灰水变浑浊后再停止通二氧化碳的目的是排净装置内的空气，使其充满二氧化碳，防止加热时发生爆炸。
(3)操作④中观察到 $A$ 处的明显现象指的是红棕色固体变成黑色。
(4)操作⑤中注射器 1 抽取管内剩余气体的目的是防止一氧化碳污染空气。
(5)操作⑥中证明 $A$ 处固体中有单质铁的操作和现象是把适量固体加入试管中，加入足量稀盐酸，产生气泡，溶液由无色变成浅绿色，说明固体中含有铁(合理即可)。
【拓展延伸】同学们查阅资料得知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。实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁。同学们利用 $SDTQ$ 热分析仪对 $CO$ 与 $Fe_2O_3$ 进行热反应测定，并利用所得数据绘制成固体质量与反应温度的关系曲线如图所示。请根据图像分析回答下列问题。
(6)温度控制在 $200^{\circ}C～400^{\circ}C$ 范围时，固体质量没有发生变化，原因是没有达到反应温度。
(7)$500^{\circ}C～600^{\circ}C$ 时残留固体的成分是 $Fe_3O_4$。写出固体质量由 $48.0g$ 变为 $46.4g$ 时的化学方程式：3Fe_2O_3 + CO \stackrel{500° C \sim 600° C}{=\!=\!=} 2Fe_3O_4 + CO_2。
(8)$m$ 的数值为33.6。

答案： $13.(1)CO_2 + C \stackrel{高温}{=\!=\!=} 2CO (2)$排净装置内的空气，使其充满二氧化碳，防止加热时发生爆炸
(3)红棕色固体变成黑色
(4)防止一氧化碳污染空气
(5)把适量固体加入试管中，加入足量稀盐酸，产生气泡，溶液由无色变成浅绿色，说明固体中含有铁(合理即可)
(6)没有达到反应温度$ (7)3Fe_2O_3 + CO \stackrel{500° C \sim 600° C}{=\!=\!=} 2Fe_3O_4 + CO_2 (8)33.6$
点拨：
(8)由图可知，最终氧化铁全部转化为铁，根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类和质量不变，则反应生成铁的质量与氧化铁中铁元素的质量相同，所以 m 的数值为$ 48.0 × \frac{112}{160} × 100\% = 33.6。$