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

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.)/()xFe+yH₂O      Fe₃C+2H₂(高温.)/()3Fe+CH₄
（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式

Fe₂O₃+3CO(高温.)/()2Fe+3CO₂；

Fe₂O₃+3CO(高温.)/()2Fe+3CO₂；

．
（2）焙烧中加焦炭的作用除了可以生成CO外，还能______．
[含量测定]为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行实验．
已知：3CH₄+4Fe₂O₃(高温.)/()3CO₂+6H₂O+8Fe（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）．
（3）主要实验步骤如下：
①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；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再次称量必要装置的质量．操作的先后顺序是①→③→______→______→⑤→⑥→⑦（填序号）
（4）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______．
（5）若装置D、E分别增重m g和n g，则m与n的关系为______（填字母）；
         A．11m=9n       B．11m＞9n        C． 11m＜9n
若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将______（“偏大”、“偏小”或“不变”，下同），碳元素的质量分数将______．
（6）粗还原铁粉样品的质量为10.000g，装置B、E分别增重0.180g和0.220g，则计算样品中ω_O=______；
ω_C=______．
（7）若缺少装置F，则所测氧元素的质量分数将______（“偏大”、“偏小”或“不变”，下同），碳元素的质量分数将______．

Answer 1

（1）氧化铁在高温条件下能与CO发生反应生成铁与二氧化碳，反应的化学方程式为
Fe₂O₃+3CO (高温.)/()2Fe+3CO₂；
（2）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；
（3）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；故选④②；
（4）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；  
（5）若装置D、E分别增重mg和ng，当只有甲烷参与反应时可以求出二氧化碳和水的质量比为9：11，可求m与n的关系．3CH₄+4Fe₂O₃(△.)/()8Fe+3CO₂+6H₂O
                           3×44  6×18
                             n      m
则列式为：(3×44)/(6×18)=(n)/(m)，则(n)/(m)=(11)/(9)，由于是加热C在前，所以导致会先生成水，导致水的质量多，所以是9n＜11m，所以选C．
若缺少装置D，氧元素的测定时取决于B装置的吸收，所以是不会影响的（后面与氧化铁的反应物是甲烷气体反应造成的，所以二氧化碳中的氧元素不会影响到）．碳元素的质量分数是通过吸收二氧化碳，也可以说通过E装置的质量增加来实现，当D不存在时，导致部分水被E吸收，而被误当成二氧化碳进行计算，导致碳元素质量增加，进而使含碳量偏大．
（6）装置B增重0.180g，则粗还原铁粉与氢气反应生成水的质量为0.180g，生成水中氧元素质量=0.180g×(16)/(18)×100%=0.160g；样品中氧元素的质量分数=(0.160g)/(10.000g)×100%=1.6%
装置E增重0.220g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.220g，生成二氧化碳中碳元素质量=0.220g×(12)/(44)×100%=0.060g；样品中碳元素的质量分数(0.060g)/(10.000g)×100%=0.6%
答：样品中氧和碳元素的质量分数分别为1.6%、0.6%．
（7）F装置中碱石灰是防止空气中二氧化碳、水蒸气进入E装置中，影响实验的测定．如果缺少装置F，则所测氧元素的质量分数将偏大，碳元素的质量分数将偏大．
故答案为：
（1）Fe₂O₃+3CO(高温.)/()2Fe+3CO₂；    （2）提供热量；     （3）④②；
（4）除去装置内的氧气，防止发生爆炸； 收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；防止生成的还原铁粉再次被氧化，起保护作用； （5）C； 等于； 偏大；  （6）1.6%、0.6%．   （7）偏大；偏大