Question

化學在自然資源開發(fā)和利用中具有十分重要的意義和作用，如對于金屬礦物的冶煉就是其中一個重要方面．某研究性學習小組在實驗室利用磁鐵礦石（主要成份為Fe₃O₄）研究金屬的冶煉．請你幫助計算或分析實驗中存在的有關問題．
（1）計算：磁鐵礦石中Fe₃O₄的質量分數為76.0%，SiO₂的質量分數為11.0%，其余均為不含鐵的易溶于水的雜質，若要冶煉出5g鐵，需要這種礦石多少克？
（2）同學們稱好所需質量的礦石后，老師建議他們在冶煉前，先除去礦石中的雜質，以提高礦石中有用成份的含量．請你幫他們設計一個簡單的實驗方案除去礦石中存在的雜質．
（3）實驗室常用CO、H₂等做還原劑來煉鐵，同學們經過討論后，決定采用H₂做還原劑來煉鐵，你認為他們不采用CO做還原劑的原因可能是什么？
（4）做好準備工作后，同學們開始用H₂還原磁鐵礦石．實驗中發(fā)現反應速率比較慢．請你寫出反應的化學方程式，并提出兩項能加快該反應速率的措施．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算,物質的量濃度的計算

專題：計算題

分析：（1）根據化合物中某元素的質量=該化合物的質量×該元素的質量分數，進行分析解答；
（2）磁鐵礦石中Fe₃O₄的質量分數為76.0%，SiO₂的質量分數為11.0%，根據四氧化三鐵和二氧化硅以及其它雜質的性質差異分析解答；
（3）一氧化碳為有毒氣體，氫氣為清潔還原劑，且氧化產物為水；
（4）氫氣和四氧化三鐵反應生成鐵和水，根據影響化學反應速率的常見因素分析解答；

解答： 解：（1）磁鐵礦石中Fe₃O₄的質量分數為76.0%，冶煉出5g鐵，這種礦石中鐵元素的質量等于5克，化合物中某元素的質量=該化合物的質量×該元素的質量分數=m（礦石）×76.0%×

3×56

3×56+4×16

×100%=5g，
解得m（礦石）=9g，
答：需要這種礦石9克；
（2）磁鐵礦石中Fe₃O₄的質量分數為76.0%，SiO₂的質量分數為11.0%，其余均為不含鐵的易溶于水的雜質，在冶煉前，首先除去礦石中的雜質SiO₂，因Fe₃O₄與堿不反應，SiO₂與堿反應SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂0，所以將礦石溶解于過量的氫氧化鈉溶液中，充分反應后過濾，并用適量水洗滌不溶物2～3次，然后將沉淀物置于蒸發(fā)皿中烘干即得純凈的礦石，
答：將礦石溶解于過量的氫氧化鈉溶液中，充分反應后過濾，并用適量水洗滌不溶物2～3次，然后將沉淀物置于蒸發(fā)皿中烘干即得純凈的礦石；
（3）一氧化碳是有毒氣體，在實驗操作中，容易泄漏而污染周圍環(huán)境，而采用氫氣時產物為水，即使有少量泄漏，也不會污染周圍環(huán)境，用CO、H₂等做還原劑來煉鐵，用H₂做還原劑來煉鐵環(huán)保安全，
答：可能是因為一氧化碳是有毒氣體，在實驗操作中，容易泄漏而污染周圍環(huán)境，而采用氫氣時，即使有少量泄漏，也不會污染周圍環(huán)境；
（4）氫氣和四氧化三鐵反應Fe₃O₄+4H₂

高溫  .

3Fe+4H₂O，加快該反應速率，可通過升高溫度，增加單位體積內的活化分子數，有效碰撞增加，加快反應速率，增大氫氣的濃度，增加活化分子數，有效碰撞增加，加快反應速率，
答：Fe₃O₄+4H₂

高溫  .

3Fe+4H₂O；增大氫氣的濃度、升高溫度．

點評：本題主要考查了有關磁鐵礦石的計算、實驗方案的設計，注意反應原理的把握，注意Fe₃O₄的性質以及影響化學反應速率的常見因素，題目難度中等．