Question

13．已知某金屬X有下列相關(guān)信息：①它的主要礦物的化學(xué)成分是X₂O₃；②它主要通過(guò)熱還原法冶煉而成；③它的年產(chǎn)量位于金屬之首．
（1）在高爐中用含X₂O₃的礦物冶煉該金屬的原理是Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂（用化學(xué)方程式表示）．
（2）同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案測(cè)定該礦物中X₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（裝置氣密性良好；礦物中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)；假設(shè)礦物樣品中的X₂O₃完全反應(yīng)）：
①取礦物樣品并稱量該樣品的質(zhì)量m₁
②測(cè)出反應(yīng)前廣口瓶和瓶?jī)?nèi)物質(zhì)總質(zhì)量m₂；
③測(cè)出反應(yīng)后廣口瓶和瓶?jī)?nèi)物質(zhì)總質(zhì)量m₃；
④計(jì)算得出礦物樣品中X₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
你認(rèn)為，該實(shí)驗(yàn)方案不能準(zhǔn)確測(cè)出礦物中X₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，理由是生成的二氧化碳?xì)怏w不一定被石灰水完全吸收，不改變裝置和藥品，可以通過(guò)測(cè)定測(cè)出反應(yīng)前玻璃管和礦物質(zhì)樣品的總質(zhì)量m₂和反應(yīng)后玻璃管和剩余固體總質(zhì)量m₃，則礦物中X₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{10（{m}_{2}-{m}_{3}）}{3{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 （1）年產(chǎn)量位于金屬之首的是金屬鐵；高爐煉鐵中發(fā)生的反應(yīng)是一氧化碳還原氧化鐵；
（2）要測(cè)定礦物中X₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以根據(jù)反應(yīng)前后固體物質(zhì)的質(zhì)量差來(lái)進(jìn)行計(jì)算，再利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式求算．

解答 解：（1）根據(jù)該金屬年產(chǎn)量位于金屬之首，可以確定該金屬是鐵，故高爐煉鐵中發(fā)生的反應(yīng)是一氧化碳還原氧化鐵，此反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，所以答案為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）石灰水是氫氧化鈣的水溶液，氫氧化鈣是微溶于水的物質(zhì)，故所含的溶質(zhì)少，不一定能將生成的二氧化碳全部吸收，而且從裝置可以看出，石灰水直接與空氣接觸，可能吸收空氣中的二氧化碳，所以不一定能準(zhǔn)確測(cè)出礦物中X₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定反應(yīng)前后固體物質(zhì)的質(zhì)量差進(jìn)行計(jì)算，由于一氧化碳有毒，必須進(jìn)行尾氣處理，所以答案為：不一定，生成的二氧化碳?xì)怏w不一定被石灰水完全吸收（或石灰水可能吸收空氣中的二氧化碳），
因?yàn)橥ㄟ^(guò)測(cè)定測(cè)出反應(yīng)前玻璃管和礦物質(zhì)樣品的總質(zhì)量m₂和反應(yīng)后玻璃管和剩余固體總質(zhì)量m₃，則設(shè)氧化鐵的質(zhì)量為x．
3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ △m
     160      112      48
      x               m₂-m₃
則$\frac{160}{48}=\frac{x}{{m}_{2}-{m}_{3}}$，解得x=$\frac{10}{3}$（m₂-m₃）
氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{10（{m}_{2}-{m}_{3}）}{3{m}_{1}}$×100%．
故答案為：
（1）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）生成的二氧化碳?xì)怏w不一定被石灰水完全吸收，$\frac{10（{m}_{2}-{m}_{3}）}{3{m}_{1}}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的是金屬鐵的冶煉，可以依據(jù)課本已有知識(shí)作出回答，在涉及到礦物中氧化鐵的含量測(cè)定時(shí)，必須注意測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，排除干擾因素．