精还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究：物质制备利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe3C杂质，可用氢气在高温

Question

精还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究：
【物质制备】利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：

粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe₃C杂质，可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式为：
FexOy+yH₂ (高温.)/()3Fe+yH₂O
Fe₃C+2H₂ (高温.)/()3Fe+CH₄
（1）焙烧中加焦炭的作用：①___；②___．
（2）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式：___．
【含量测定】为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中铁的氧化物组成及Fe₃C的质量分数，取粗还原铁粉16g，并将其分为2等分，一份与足量的稀盐酸反应，得到氢气0.2g，另一份按如下装置进行实验．（假设每步反应都完全且不考虑装置内原有空气对测定结果的影响）．
【资料卡】①3CH₄+4Fe₂O₃  (高温.)/()3CO₂+6H₂O+8Fe
②铁的氧化物及Fe₃C均不能与稀盐酸反应产生H₂
③浓硫酸的作用吸水，碱石灰吸水和二氧化碳

（3）写出装置中所指定仪器的名称：①___；②___．
（4）写出铁与稀盐酸反应的化学方程式：___．
（5）主要实验步骤如下：
①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，精确称量样品和B、D、E装置的质量；②点燃A处酒精灯；③缓缓通入纯净干燥的H₂；④点燃C处酒精灯；⑤分别熄灭A、C处酒精灯；⑥再缓缓通入少量H₂；⑦再次精确称量样品及B、D、E装置的质量．
正确操作的先后顺序是①→③→___→___→⑤→⑥→⑦（填序号），否则，测定的Fe₃C质量分数___（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．步骤③的目的是___，验证该步骤目的达到的实验方法是___；步骤⑥的目的是___．
（6）经精确称量，实验样品及B、D、E装置反应前后质量的变化如表：

	样品	B	D	E
反应前	8g	350g	350g	220g
反应后	7.553g	350.435g	351.98g	220.22g

计算样品中Fe₃C质量分数，应选用上表中的___组数据（填“D”或“E”），其理由是___，则Fe₃C质量分数为___（精确到0.01%）．
（7）样品中铁的氧化物中，铁、氧元素的质量比是多少？（精确到0.01）（写出计算过程）

Answer 1

（1）焦炭燃烧放出大量的热，产生的热量使装置内其它反应得以发生，还提供了还原剂一氧化碳；故填：①制取CO；②提供热量；
（2）氧化铁在高温条件下能与CO发生反应生成铁与二氧化碳，故填：Fe₂O₃+3CO (高温.)/()2Fe+3CO₂；
（3）①是硬质玻璃管，②是铁架台；故填：①硬质粗玻璃管；②铁架台；
（4）铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，故填：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
（5）根据题目中的假设情况，为使装置A反应产生的甲烷气体全部在装置C中发生反应，操作时应先将C处酒精灯点燃，然后再点燃A处酒精处；否则会造成测定结果偏小；
步骤③的目的是除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；有剩余则没有完全被除掉；步骤⑥的目的是防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用；
故填：④→②；偏小；将装置中的空气排尽，防止点燃时发生爆炸；收集尾气验纯；防止生成的精还原铁粉在高温下又被氧化．
（6）D装置中的浓硫酸能吸收生成的水蒸气，但是氢气还原氧化铁也会生成水蒸气，而装置E增重是因为吸收了反应生成的二氧化碳，也只有此反应生成二氧化碳，所以选择装置E的数据来计算．设生成（220.22g-220g）二氧化碳需要Fe₃C的质量为x，由质量守恒定律可知，Fe₃C中碳元素的质量与二氧化碳中碳元素的质量相等，则
x×(12)/(56×3+12)×100%=（220.22g-220g）×(12)/(44)×100%
x=0.9g
则Fe₃C质量分数为(0.9g)/(8g)×100%=11.25%
故填：E；H₂与Fe₂O₃反应也生成H₂O；11.25%；
（7）装置B增重0.435g，则粗还原铁粉与氢气反应生成水的质量为0.435g，生成水中氧元素质量=0.435g×(16)/(18)×100%≈0.39g
装置E增重0.22g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.22g，生成二氧化碳中碳元素质量=0.22g×(12)/(44)×100%=0.06g
设生成0.2g氢气需要铁的质量为y
Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
56            2
y            0.2g
(56)/(2)=(y)/(0.2g)
y=5.6g
8g还原铁粉中含铁5.6g，Fe₃C的质量为0.9g，氧元素0.39g，则铁的氧化物中铁元素的质量为：8g-0.9g-0.39g=1.11g
则样品中铁的氧化物中，铁、氧元素的质量比是1.11g：0.39g=111：39．
故填：111：39．