1 [2025 海南]我国科学家研发了一种闪速炼铁技术,用氢气还原铁矿石粉,只需 3～6 s 即可完成传统高炉5～6 h 的炼铁过程,且还原率大于90%。如图为传统高炉炼铁和闪速炼铁的示意图。下列说法不正确的是
（
注:"品位"指矿石中有用元素或有用矿物含量的百分率,百分率越大,品位越高。传统高炉炼铁通常使用高品位铁矿石。
A.传统高炉炼铁是用焦炭在高温下直接还原铁矿石:$3\ce{C} + 2\ce{Fe_{2}O_{3}}\xlongequal{高温}4\ce{Fe}+3\ce{CO_{2}} \uparrow$
B.闪速炼铁技术通过将粉状铁矿砂喷入高温还原塔内,实现快速还原
C.与传统高炉炼铁相比,闪速炼铁技术能有效处理低品位铁矿石
D.闪速炼铁技术通入过量氢气,出炉烟气中含有较多的氢气可回收利用
（
A
）注:"品位"指矿石中有用元素或有用矿物含量的百分率,百分率越大,品位越高。传统高炉炼铁通常使用高品位铁矿石。
A.传统高炉炼铁是用焦炭在高温下直接还原铁矿石:$3\ce{C} + 2\ce{Fe_{2}O_{3}}\xlongequal{高温}4\ce{Fe}+3\ce{CO_{2}} \uparrow$
B.闪速炼铁技术通过将粉状铁矿砂喷入高温还原塔内,实现快速还原
C.与传统高炉炼铁相比,闪速炼铁技术能有效处理低品位铁矿石
D.闪速炼铁技术通入过量氢气,出炉烟气中含有较多的氢气可回收利用
答案：1. A
解析：
【分析】
要判断各选项正误，需掌握传统高炉炼铁和闪速炼铁的原理：传统高炉炼铁中，焦炭先与热空气反应生成CO₂，CO₂再与焦炭反应生成CO，最终由CO还原铁矿石，而非焦炭直接还原；闪速炼铁是将粉状铁矿砂喷入高温还原塔，用氢气快速还原铁矿石，且可处理低品位铁矿，烟气中的氢气可回收。据此逐一分析选项。
【解析】
逐一分析选项：
A选项：传统高炉炼铁中，焦炭并非直接还原铁矿石，而是先生成CO，再由CO还原Fe₂O₃，反应为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$，故A错误；
B选项：由图可知，闪速炼铁将粉状矿砂通过喷枪喷入高温还原塔，反应时间短，实现快速还原，故B正确；
C选项：题目说明传统高炉使用高品位铁矿石，而闪速炼铁能高效还原，可有效处理低品位铁矿石，故C正确；
D选项：闪速炼铁通入氢气，反应后烟气含氢气，可回收利用，故D正确。
【答案】
A
【知识点】
工业炼铁原理、化学方程式书写、氢气还原金属氧化物
【点评】
本题对比传统高炉炼铁与闪速炼铁，考查炼铁的反应原理及两种工艺的特点，需准确掌握工业炼铁的反应过程，结合题目信息分析选项，区分直接还原与间接还原的差异是解题关键。
【难度系数】
0.5
要判断各选项正误，需掌握传统高炉炼铁和闪速炼铁的原理：传统高炉炼铁中，焦炭先与热空气反应生成CO₂，CO₂再与焦炭反应生成CO，最终由CO还原铁矿石，而非焦炭直接还原；闪速炼铁是将粉状铁矿砂喷入高温还原塔，用氢气快速还原铁矿石，且可处理低品位铁矿，烟气中的氢气可回收。据此逐一分析选项。
【解析】
逐一分析选项：
A选项：传统高炉炼铁中，焦炭并非直接还原铁矿石，而是先生成CO，再由CO还原Fe₂O₃，反应为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温}2Fe + 3CO_{2}}$，故A错误；
B选项：由图可知，闪速炼铁将粉状矿砂通过喷枪喷入高温还原塔，反应时间短，实现快速还原，故B正确；
C选项：题目说明传统高炉使用高品位铁矿石，而闪速炼铁能高效还原，可有效处理低品位铁矿石，故C正确；
D选项：闪速炼铁通入氢气，反应后烟气含氢气，可回收利用，故D正确。
【答案】
A
【知识点】
工业炼铁原理、化学方程式书写、氢气还原金属氧化物
【点评】
本题对比传统高炉炼铁与闪速炼铁，考查炼铁的反应原理及两种工艺的特点，需准确掌握工业炼铁的反应过程，结合题目信息分析选项，区分直接还原与间接还原的差异是解题关键。
【难度系数】
0.5
2 实验探究和证据推理是提升认知的重要手段。兴趣小组对“CO 还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$粉末”的实验进行探究。
【实验过程】按如图所示连接装置 A、B 并检查装置的气密性。玻璃管内装入$\ce{Fe_{2}O_{3}}$粉末，应从 a端通入 CO 一段时间后再点燃酒精灯，此操作的目的是
【实验现象】反应一段时间后，玻璃管内粉末由
【查阅资料】① 铁粉、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$均为黑色固体；其中只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引。② $\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$固体不与硫酸铜溶液反应。
【提出猜想】对磁铁吸引的黑色固体成分有以下四种猜想：猜想Ⅰ：$\ce{Fe}$；猜想Ⅱ：$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；猜想Ⅲ：$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；猜想Ⅳ：$\ce{Fe}$和$\ce{FeO}$。经初步分析，排除了猜想Ⅳ，理由是
【实验验证】取少量反应后的黑色固体放入试管中，加入足量的硫酸铜溶液，振荡，充分反应后静置，若观察到黑色固体全部消失，则说明
【拓展研究】
（1）进一步查阅资料，发现 CO 能溶于铜液（醋酸二氨合铜和氨水的混合液）。因此可在装置 A 后再连接装置 C，其目的是吸收尾气中的 CO。装置 A、C 的连接顺序是 b 连接
（2）已知$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能溶于稀硫酸，反应的化学方程式为$\ce{Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}SO_{4}\xlongequal{\;\;}FeSO_{4} + Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 4H_{2}O}$，其中$\ce{Fe^{3+}}$遇到硫氰化钾溶液显血红色。为证明黑色粉末的成分，某同学取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，充分反应后，滴加硫氰化钾溶液，能证明黑色粉末中含有$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的现象是
【实验过程】按如图所示连接装置 A、B 并检查装置的气密性。玻璃管内装入$\ce{Fe_{2}O_{3}}$粉末，应从 a端通入 CO 一段时间后再点燃酒精灯，此操作的目的是
排尽装置内的空气,防止加热时发生爆炸
。【实验现象】反应一段时间后，玻璃管内粉末由
红棕
色变成黑色，且生成的固体均能被玻璃管上方的磁铁吸引。广口瓶中出现白色沉淀，反应的化学方程式为$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
。装置 B 的作用是① 检验并吸收反应生成的$\ce{CO_{2}}$；②收集尾气,防止CO污染空气
。【查阅资料】① 铁粉、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$均为黑色固体；其中只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引。② $\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$固体不与硫酸铜溶液反应。
【提出猜想】对磁铁吸引的黑色固体成分有以下四种猜想：猜想Ⅰ：$\ce{Fe}$；猜想Ⅱ：$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；猜想Ⅲ：$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；猜想Ⅳ：$\ce{Fe}$和$\ce{FeO}$。经初步分析，排除了猜想Ⅳ，理由是
只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引,而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引,故没有$\ce{FeO}$
。【实验验证】取少量反应后的黑色固体放入试管中，加入足量的硫酸铜溶液，振荡，充分反应后静置，若观察到黑色固体全部消失，则说明
猜想Ⅰ
（填“猜想Ⅰ”“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”）正确。【拓展研究】
（1）进一步查阅资料，发现 CO 能溶于铜液（醋酸二氨合铜和氨水的混合液）。因此可在装置 A 后再连接装置 C，其目的是吸收尾气中的 CO。装置 A、C 的连接顺序是 b 连接
d
（填“c”或“d”）。（2）已知$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能溶于稀硫酸，反应的化学方程式为$\ce{Fe_{3}O_{4} + 4H_{2}SO_{4}\xlongequal{\;\;}FeSO_{4} + Fe_{2}(SO_{4})_{3} + 4H_{2}O}$，其中$\ce{Fe^{3+}}$遇到硫氰化钾溶液显血红色。为证明黑色粉末的成分，某同学取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，充分反应后，滴加硫氰化钾溶液，能证明黑色粉末中含有$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的现象是
有气泡产生,溶液变为血红色
。答案：2. 【实验过程】排尽装置内的空气,防止加热时发生爆炸
【实验现象】红棕 $\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$ ② 收集尾气,防止CO污染空气
【提出猜想】只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引,而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引,故没有$\ce{FeO}$
【实验验证】猜想Ⅰ
【拓展研究】(1) d (2) 有气泡产生,溶液变为血红色
【实验现象】红棕 $\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$ ② 收集尾气,防止CO污染空气
【提出猜想】只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引,而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引,故没有$\ce{FeO}$
【实验验证】猜想Ⅰ
【拓展研究】(1) d (2) 有气泡产生,溶液变为血红色
解析：
【分析】
本题围绕CO还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的实验展开，需结合物质性质、实验操作目的、题目给定资料逐一分析：
1. 实验过程：CO是可燃性气体，与装置内空气混合后加热易发生爆炸，因此先通CO排尽装置内空气，避免危险。
2. 实验现象：$\ce{Fe_{2}O_{3}}$为红棕色，被CO还原后生成黑色固体；$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应生成碳酸钙白色沉淀；装置B除检验吸收$\ce{CO_{2}}$外，还能收集未反应的有毒CO，防止污染空气。
3. 提出猜想：根据资料，只有Fe和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，题目中生成的黑色固体均能被磁铁吸引，说明不含不能被磁铁吸引的$\ce{FeO}$，故排除含$\ce{FeO}$的猜想Ⅳ。
4. 实验验证：Fe能与硫酸铜溶液反应，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$和$\ce{FeO}$不反应，若黑色固体全部消失，说明只有Fe，对应猜想Ⅰ。
5. 拓展研究：装置C需让CO与铜液充分接触，因此气体从d端通入；Fe与稀硫酸反应有气泡，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$与稀硫酸反应生成$\ce{Fe^{3+}}$，遇硫氰化钾显血红色，据此判断现象。
【解析】
【实验过程】CO是可燃性气体，与空气混合加热易爆炸，先通CO的目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。
【实验现象】$\ce{Fe_{2}O_{3}}$为红棕色粉末，反应后变为黑色；$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应的化学方程式为$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；装置B还能收集尾气中的CO，防止其污染空气。
【提出猜想】根据资料，只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，而生成的黑色固体均能被磁铁吸引，说明不含$\ce{FeO}$，故排除猜想Ⅳ。
【实验验证】加入足量硫酸铜溶液，若黑色固体全部消失，说明只有Fe（Fe与硫酸铜反应，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不反应，若有$\ce{Fe_{3}O_{4}}$则固体不会全部消失），故猜想Ⅰ正确。
【拓展研究】（1）装置C需让CO与铜液充分接触，因此b连接d；（2）Fe与稀硫酸反应有气泡产生，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$与稀硫酸反应生成$\ce{Fe^{3+}}$，加硫氰化钾溶液显血红色，故现象为有气泡产生，溶液变为血红色。
【答案】
【实验过程】排尽装置内的空气,防止加热时发生爆炸
【实验现象】红棕；$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；收集尾气,防止CO污染空气
【提出猜想】只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引,而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引,故没有$\ce{FeO}$
【实验验证】猜想Ⅰ
【拓展研究】(1) d (2) 有气泡产生,溶液变为血红色
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；二氧化碳的检验；金属的化学性质
【点评】
本题为实验探究题，结合物质性质与资料信息，考查实验操作目的、物质推断与检验，需逻辑分析题目信息得出结论，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕CO还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的实验展开，需结合物质性质、实验操作目的、题目给定资料逐一分析：
1. 实验过程：CO是可燃性气体，与装置内空气混合后加热易发生爆炸，因此先通CO排尽装置内空气，避免危险。
2. 实验现象：$\ce{Fe_{2}O_{3}}$为红棕色，被CO还原后生成黑色固体；$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应生成碳酸钙白色沉淀；装置B除检验吸收$\ce{CO_{2}}$外，还能收集未反应的有毒CO，防止污染空气。
3. 提出猜想：根据资料，只有Fe和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，题目中生成的黑色固体均能被磁铁吸引，说明不含不能被磁铁吸引的$\ce{FeO}$，故排除含$\ce{FeO}$的猜想Ⅳ。
4. 实验验证：Fe能与硫酸铜溶液反应，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$和$\ce{FeO}$不反应，若黑色固体全部消失，说明只有Fe，对应猜想Ⅰ。
5. 拓展研究：装置C需让CO与铜液充分接触，因此气体从d端通入；Fe与稀硫酸反应有气泡，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$与稀硫酸反应生成$\ce{Fe^{3+}}$，遇硫氰化钾显血红色，据此判断现象。
【解析】
【实验过程】CO是可燃性气体，与空气混合加热易爆炸，先通CO的目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。
【实验现象】$\ce{Fe_{2}O_{3}}$为红棕色粉末，反应后变为黑色；$\ce{CO_{2}}$与澄清石灰水反应的化学方程式为$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；装置B还能收集尾气中的CO，防止其污染空气。
【提出猜想】根据资料，只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引，而生成的黑色固体均能被磁铁吸引，说明不含$\ce{FeO}$，故排除猜想Ⅳ。
【实验验证】加入足量硫酸铜溶液，若黑色固体全部消失，说明只有Fe（Fe与硫酸铜反应，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不反应，若有$\ce{Fe_{3}O_{4}}$则固体不会全部消失），故猜想Ⅰ正确。
【拓展研究】（1）装置C需让CO与铜液充分接触，因此b连接d；（2）Fe与稀硫酸反应有气泡产生，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$与稀硫酸反应生成$\ce{Fe^{3+}}$，加硫氰化钾溶液显血红色，故现象为有气泡产生，溶液变为血红色。
【答案】
【实验过程】排尽装置内的空气,防止加热时发生爆炸
【实验现象】红棕；$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$；收集尾气,防止CO污染空气
【提出猜想】只有铁粉、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$能被磁铁吸引,而此处生成的黑色固体均能被磁铁吸引,故没有$\ce{FeO}$
【实验验证】猜想Ⅰ
【拓展研究】(1) d (2) 有气泡产生,溶液变为血红色
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；二氧化碳的检验；金属的化学性质
【点评】
本题为实验探究题，结合物质性质与资料信息，考查实验操作目的、物质推断与检验，需逻辑分析题目信息得出结论，难度适中。
【难度系数】
0.6