7 铁的三种氧化物 $\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$ 和 $\ce{Fe_{3}O_{4}}$ 在一定条件下,均能失去其中的氧,转化为铁。现有仅含 $\ce{Fe}$、$\ce{O}$ 两种元素的固体 $28.8\ \mathrm{g}$,其中有可能含有单质铁或者铁的氧化物中的一种或几种。为了探究其成分进行如图所示的实
验,充分反应后,称得 C 装置在反应后质量增加了 $17.6\ \mathrm{g}$(通入 A 装置中的 $\ce{CO}$ 气体中混有 $\ce{CO_{2}}$ 和$\ce{H_{2}O}$,碱石灰能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$ 和 $\ce{H_{2}O}$,$\ce{NaOH}$ 溶液能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$)。以下说法正确的有（
① 实验结束时应先停止加热,待玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳气体 ② 若无 A 装置,测定的原固体中铁元素的质量分数将偏小 ③ 根据实验数据进行计算,可确定原固体中铁和氧的原子的个数比为 $1:1$ ④ 原 $28.8\ \mathrm{g}$ 固体的组成可能有 7 种情况
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
验,充分反应后,称得 C 装置在反应后质量增加了 $17.6\ \mathrm{g}$(通入 A 装置中的 $\ce{CO}$ 气体中混有 $\ce{CO_{2}}$ 和$\ce{H_{2}O}$,碱石灰能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$ 和 $\ce{H_{2}O}$,$\ce{NaOH}$ 溶液能完全吸收 $\ce{CO_{2}}$)。以下说法正确的有（
D
）① 实验结束时应先停止加热,待玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳气体 ② 若无 A 装置,测定的原固体中铁元素的质量分数将偏小 ③ 根据实验数据进行计算,可确定原固体中铁和氧的原子的个数比为 $1:1$ ④ 原 $28.8\ \mathrm{g}$ 固体的组成可能有 7 种情况
A.1个
B.2个
C.3个
D.4个
答案：D 【解析】①实验结束时,为了防止还原出来的铁再被空气中的氧气氧化,应该先停止加热,待玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳,故①的说法正确。②已知通入A装置中的CO气体中混有$\ce{CO_{2}}$和$\ce{H_{2}O}$,若无A装置,会导致C装置在反应后增加的质量偏大,使测得的二氧化碳的质量偏大,根据二氧化碳的质量计算出的原固体中氧元素的质量偏大,则测定的原固体中铁元素的质量分数将偏小,故②的说法正确。③CO具有还原性,能将铁的氧化物还原为铁,同时生成$\ce{CO_{2}}$。NaOH溶液能完全吸收$\ce{CO_{2}}$,装置C在反应后质量增加了17.6 g,即生成的二氧化碳质量为17.6 g,设原固体中氧元素的质量为x。
$\ce{CO∼ O∼ CO_{2}}$
16 44
x 17.6 g
$\dfrac{16}{44}=\dfrac{x}{17.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=6.4\ \mathrm{g}$
则原固体中铁元素的质量为$28.8\ \mathrm{g}-6.4\ \mathrm{g}=22.4\ \mathrm{g}$,所以原固体中铁和氧的原子的个数比为$\dfrac{22.4\ \mathrm{g}}{56}:\dfrac{6.4\ \mathrm{g}}{16}=1:1$,故③的说法正确。④由上述分析知,原固体中铁和氧的原子的个数比为1:1,则28.8 g固体的组成可能情况有:氧化亚铁;铁和氧化铁;铁和四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁;铁、氧化亚铁、四氧化三铁;铁、氧化铁、四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁,共7种,故④的说法正确。综上可知,说法正确的有4个。
$\ce{CO∼ O∼ CO_{2}}$
16 44
x 17.6 g
$\dfrac{16}{44}=\dfrac{x}{17.6\ \mathrm{g}}\ \ \ x=6.4\ \mathrm{g}$
则原固体中铁元素的质量为$28.8\ \mathrm{g}-6.4\ \mathrm{g}=22.4\ \mathrm{g}$,所以原固体中铁和氧的原子的个数比为$\dfrac{22.4\ \mathrm{g}}{56}:\dfrac{6.4\ \mathrm{g}}{16}=1:1$,故③的说法正确。④由上述分析知,原固体中铁和氧的原子的个数比为1:1,则28.8 g固体的组成可能情况有:氧化亚铁;铁和氧化铁;铁和四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁;铁、氧化亚铁、四氧化三铁;铁、氧化铁、四氧化三铁;铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁,共7种,故④的说法正确。综上可知,说法正确的有4个。
解析：
【分析】
要解决这道题，需结合实验装置功能、实验操作规范、误差分析、化学计算及物质组成推断，逐一判断四个说法：首先明确A装置除去CO中混有的CO₂和H₂O，B中CO还原铁的氧化物，C中NaOH吸收生成的CO₂，增重为生成CO₂的质量；再分别分析每个说法的正确性，通过计算确定原固体中铁和氧的原子个数比，进而推断固体的可能组成情况。
【解析】
①实验结束时，若先停止通入CO，空气会进入热的玻璃管，使还原出的铁重新被氧化，因此应先停止加热，待玻璃管冷却后再停止通入CO，故①正确。
②若无A装置，CO中混有的CO₂和H₂O会进入C装置，导致C装置增重（吸收的CO₂质量）偏大，计算出的原固体中氧元素质量偏大；原固体总质量不变，铁元素质量=总质量-氧元素质量，因此测定的铁元素质量分数偏小，故②正确。
③生成CO₂的质量为17.6g，根据反应关系$\ce{CO∼ O∼ CO_{2}}$，设原固体中氧元素质量为$x$：
$\dfrac{16}{44}=\dfrac{x}{17.6\ \mathrm{g}}$，解得$x=6.4\ \mathrm{g}$。
原固体中铁元素质量为$28.8\ \mathrm{g}-6.4\ \mathrm{g}=22.4\ \mathrm{g}$，铁和氧的原子个数比为$\dfrac{22.4\ \mathrm{g}}{56}:\dfrac{6.4\ \mathrm{g}}{16}=1:1$，故③正确。
④铁和氧原子个数比为$1:1$，对应物质：$\ce{FeO}$（$\ce{Fe:O=1:1}$）、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$（$\ce{Fe:O=2:3}$）、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$（$\ce{Fe:O=3:4}$）、$\ce{Fe}$（$\ce{Fe:O}$无限大）。要使混合后$\ce{Fe:O=1:1}$，可能的组合有：仅$\ce{FeO}$；$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{2}O_{3}}$；$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$，共7种，故④正确。综上，4个说法均正确。
【答案】
D
【知识点】
一氧化碳还原金属氧化物、根据化学式计算、物质组成推断
【点评】
本题综合考查实验操作、误差分析、化学计算及物质组成推断，需要学生熟悉各装置作用，掌握相关计算方法，逻辑要求较高，是一道综合性较强的化学题。
【难度系数】
0.3
要解决这道题，需结合实验装置功能、实验操作规范、误差分析、化学计算及物质组成推断，逐一判断四个说法：首先明确A装置除去CO中混有的CO₂和H₂O，B中CO还原铁的氧化物，C中NaOH吸收生成的CO₂，增重为生成CO₂的质量；再分别分析每个说法的正确性，通过计算确定原固体中铁和氧的原子个数比，进而推断固体的可能组成情况。
【解析】
①实验结束时，若先停止通入CO，空气会进入热的玻璃管，使还原出的铁重新被氧化，因此应先停止加热，待玻璃管冷却后再停止通入CO，故①正确。
②若无A装置，CO中混有的CO₂和H₂O会进入C装置，导致C装置增重（吸收的CO₂质量）偏大，计算出的原固体中氧元素质量偏大；原固体总质量不变，铁元素质量=总质量-氧元素质量，因此测定的铁元素质量分数偏小，故②正确。
③生成CO₂的质量为17.6g，根据反应关系$\ce{CO∼ O∼ CO_{2}}$，设原固体中氧元素质量为$x$：
$\dfrac{16}{44}=\dfrac{x}{17.6\ \mathrm{g}}$，解得$x=6.4\ \mathrm{g}$。
原固体中铁元素质量为$28.8\ \mathrm{g}-6.4\ \mathrm{g}=22.4\ \mathrm{g}$，铁和氧的原子个数比为$\dfrac{22.4\ \mathrm{g}}{56}:\dfrac{6.4\ \mathrm{g}}{16}=1:1$，故③正确。
④铁和氧原子个数比为$1:1$，对应物质：$\ce{FeO}$（$\ce{Fe:O=1:1}$）、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$（$\ce{Fe:O=2:3}$）、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$（$\ce{Fe:O=3:4}$）、$\ce{Fe}$（$\ce{Fe:O}$无限大）。要使混合后$\ce{Fe:O=1:1}$，可能的组合有：仅$\ce{FeO}$；$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{2}O_{3}}$；$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$；$\ce{Fe}$、$\ce{FeO}$、$\ce{Fe_{2}O_{3}}$、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$，共7种，故④正确。综上，4个说法均正确。
【答案】
D
【知识点】
一氧化碳还原金属氧化物、根据化学式计算、物质组成推断
【点评】
本题综合考查实验操作、误差分析、化学计算及物质组成推断，需要学生熟悉各装置作用，掌握相关计算方法，逻辑要求较高，是一道综合性较强的化学题。
【难度系数】
0.3
8 我国古代科技璀璨夺目,金属的冶炼与使用在当时已处于世界先进水平。
(1)日常生活中,适合制作电缆的金属是
A. 金
B. 铜
C. 汞
D. 钨
(2)明代《天工开物》描述了锡的冶炼方法,如图甲。炼锡时,原料锡砂中的$\ce{SnO_{2}}$和木炭在高温条件下反应得到锡和二氧化碳,反应的化学方程式为
(3) 新情境 古代科技 图乙为古代炼锌工艺的原理示意图。炉甘石的主要成分是$\ce{ZnCO_{3}}$,高温条件下易分解生成$\ce{ZnO}$。
① 泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是
② 已知锌的沸点为$907\ °\mathrm{C}$。泥罐下部温度可达$1\ 200\ °\mathrm{C}$,上部温度约为$600\ °\mathrm{C}$,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于
A. 结晶
B. 蒸发
C. 蒸馏
D. 升华
③ 必须冷却后才能取锌,是为了防止发生反应:
(4)在一定条件下,用氧化铝制金属铝需要使用电解的方法,写出该反应的化学方程式:
(1)日常生活中,适合制作电缆的金属是
B
(填字母)。A. 金
B. 铜
C. 汞
D. 钨
(2)明代《天工开物》描述了锡的冶炼方法,如图甲。炼锡时,原料锡砂中的$\ce{SnO_{2}}$和木炭在高温条件下反应得到锡和二氧化碳,反应的化学方程式为
$\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
。(3) 新情境 古代科技 图乙为古代炼锌工艺的原理示意图。炉甘石的主要成分是$\ce{ZnCO_{3}}$,高温条件下易分解生成$\ce{ZnO}$。
① 泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是
将ZnO还原为Zn
。② 已知锌的沸点为$907\ °\mathrm{C}$。泥罐下部温度可达$1\ 200\ °\mathrm{C}$,上部温度约为$600\ °\mathrm{C}$,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于
C
(填字母)。A. 结晶
B. 蒸发
C. 蒸馏
D. 升华
③ 必须冷却后才能取锌,是为了防止发生反应:
$\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(用化学方程式表示)。(4)在一定条件下,用氧化铝制金属铝需要使用电解的方法,写出该反应的化学方程式:
$\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
。答案：(1) B
(2) $\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
(3) ① 将ZnO还原为Zn ② C ③ $\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(4) $\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
(2) $\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
(3) ① 将ZnO还原为Zn ② C ③ $\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(4) $\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
解析：
【分析】
本题结合古代金属冶炼工艺，围绕金属的性质、化学方程式书写、金属分离方法等知识点解题：
(1) 制作电缆的金属需具备良好导电性且成本适宜，据此分析选项；
(2) 根据反应物、生成物及反应条件，书写并配平化学方程式；
(3) ① 结合炼锌原理，分析煤粉的作用；② 根据锌的沸点和温度条件，判断收集液态锌的方法；③ 高温下锌易与氧气反应，书写对应反应方程式；
(4) 电解熔融氧化铝制铝，注明反应条件和物质状态，书写化学方程式。
【解析】
(1) 制作电缆的金属需要良好导电性且价格适中：金价格昂贵，不适合；铜导电性优良、成本合适，适合制作电缆；汞常温为液态，无法制作电缆；钨熔点高，常用于制灯丝，不适合制作电缆，故选B。
(2) $\ce{SnO_{2}}$与木炭在高温下反应生成锡和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$。
(3) ① 泥罐内煤粉作为还原剂，将$\ce{ZnO}$还原为$\ce{Zn}$；② 锌的沸点为$907\ °\mathrm{C}$，泥罐下部$1200\ °\mathrm{C}$时锌变为气态，上部$600\ °\mathrm{C}$时气态锌冷凝为液态，利用沸点差异分离的方法属于蒸馏，故选C；③ 高温下锌易与氧气反应生成氧化锌，化学方程式为：$\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$。
(4) 电解熔融氧化铝生成铝和氧气，化学方程式为：$\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$。
【答案】
(1) B
(2) $\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
(3) ① 将$\ce{ZnO}$还原为$\ce{Zn}$；② C；③ $\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(4) $\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
【知识点】
金属的性质、化学方程式书写、金属冶炼
【点评】
本题结合古代炼锡、炼锌的工艺情境，将化学知识与古代科技结合，考查金属性质、化学方程式书写及金属分离方法，体现了化学的实用性，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题结合古代金属冶炼工艺，围绕金属的性质、化学方程式书写、金属分离方法等知识点解题：
(1) 制作电缆的金属需具备良好导电性且成本适宜，据此分析选项；
(2) 根据反应物、生成物及反应条件，书写并配平化学方程式；
(3) ① 结合炼锌原理，分析煤粉的作用；② 根据锌的沸点和温度条件，判断收集液态锌的方法；③ 高温下锌易与氧气反应，书写对应反应方程式；
(4) 电解熔融氧化铝制铝，注明反应条件和物质状态，书写化学方程式。
【解析】
(1) 制作电缆的金属需要良好导电性且价格适中：金价格昂贵，不适合；铜导电性优良、成本合适，适合制作电缆；汞常温为液态，无法制作电缆；钨熔点高，常用于制灯丝，不适合制作电缆，故选B。
(2) $\ce{SnO_{2}}$与木炭在高温下反应生成锡和二氧化碳，化学方程式为：$\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$。
(3) ① 泥罐内煤粉作为还原剂，将$\ce{ZnO}$还原为$\ce{Zn}$；② 锌的沸点为$907\ °\mathrm{C}$，泥罐下部$1200\ °\mathrm{C}$时锌变为气态，上部$600\ °\mathrm{C}$时气态锌冷凝为液态，利用沸点差异分离的方法属于蒸馏，故选C；③ 高温下锌易与氧气反应生成氧化锌，化学方程式为：$\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$。
(4) 电解熔融氧化铝生成铝和氧气，化学方程式为：$\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$。
【答案】
(1) B
(2) $\ce{SnO_{2} +C\xlongequal{高温}Sn +CO_{2}\uparrow}$
(3) ① 将$\ce{ZnO}$还原为$\ce{Zn}$；② C；③ $\ce{2Zn +O_{2}\xlongequal{高温}2ZnO}$
(4) $\ce{2Al_{2}O_{3}(熔融)\xlongequal{通电}4Al +3O_{2}\uparrow}$
【知识点】
金属的性质、化学方程式书写、金属冶炼
【点评】
本题结合古代炼锡、炼锌的工艺情境，将化学知识与古代科技结合，考查金属性质、化学方程式书写及金属分离方法，体现了化学的实用性，难度适中。
【难度系数】
0.6
9 [2024 溧阳市第六中学段考改编]如图为教材中实验室模拟炼铁的改进装置。回答下列问题：
（1）实验开始先通 CO 的目的是
（2）实验中可看到 B 中的现象为
（3）盛满澄清石灰水的 B 装置在此实验中的作用有
（4）某赤铁矿中含$\ce{Fe_{2}O_{3}}\ 80\%$，用$200\ \mathrm{t}$这种矿石，可炼出含杂质$4\%$的生铁约
（1）实验开始先通 CO 的目的是
排尽空气,防止加热时发生爆炸事故
。（2）实验中可看到 B 中的现象为
导管口有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊
。（3）盛满澄清石灰水的 B 装置在此实验中的作用有
检验产生的气体是二氧化碳
、收集尾气,防止CO污染空气
。（4）某赤铁矿中含$\ce{Fe_{2}O_{3}}\ 80\%$，用$200\ \mathrm{t}$这种矿石，可炼出含杂质$4\%$的生铁约
116.7
$\mathrm{t}$（结果精确到$0.1$）。答案：(1) 排尽空气,防止加热时发生爆炸事故
(2) 导管口有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊
(3) 检验产生的气体是二氧化碳 收集尾气,防止CO污染空气
(4) 116.7 【解析】(4) 解法1:设可炼出含杂质4%的生铁的质量为x。
$\ce{Fe_{2}O_{3} +3CO\xlongequal{高温}2Fe +3CO_{2}}$
160 112
$200\ \mathrm{t}×80\%$ $(1-4\%)x$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{200\ \mathrm{t}×80\%}{(1-4\%)x}\ \ \ x\approx116.7\ \mathrm{t}$
解法2:200 t含$\ce{Fe_{2}O_{3}}$80%的赤铁矿中铁元素的质量为$200\ \mathrm{t}×80\%×(\dfrac{112}{160}×100\%)=112\ \mathrm{t}$。反应前后铁元素质量守恒,所以反应后得到的纯铁质量为112 t,则可炼出含杂质4%的生铁的质量为$\dfrac{112\ \mathrm{t}}{1-4\%}\approx116.7\ \mathrm{t}$。
(2) 导管口有气泡冒出,澄清石灰水变浑浊
(3) 检验产生的气体是二氧化碳 收集尾气,防止CO污染空气
(4) 116.7 【解析】(4) 解法1:设可炼出含杂质4%的生铁的质量为x。
$\ce{Fe_{2}O_{3} +3CO\xlongequal{高温}2Fe +3CO_{2}}$
160 112
$200\ \mathrm{t}×80\%$ $(1-4\%)x$
$\dfrac{160}{112}=\dfrac{200\ \mathrm{t}×80\%}{(1-4\%)x}\ \ \ x\approx116.7\ \mathrm{t}$
解法2:200 t含$\ce{Fe_{2}O_{3}}$80%的赤铁矿中铁元素的质量为$200\ \mathrm{t}×80\%×(\dfrac{112}{160}×100\%)=112\ \mathrm{t}$。反应前后铁元素质量守恒,所以反应后得到的纯铁质量为112 t,则可炼出含杂质4%的生铁的质量为$\dfrac{112\ \mathrm{t}}{1-4\%}\approx116.7\ \mathrm{t}$。
解析：
【分析】
本题围绕实验室模拟炼铁的改进装置展开，需结合一氧化碳还原氧化铁的实验原理、操作注意事项、装置作用以及化学计算来解答各问题：
（1）一氧化碳是可燃性气体，与空气混合加热时易发生爆炸，因此实验开始先通CO，目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；
（2）A中$\ce{Fe_{2}O_{3}}$与CO反应生成$\ce{CO_{2}}$，$\ce{CO_{2}}$进入B中与澄清石灰水反应，同时气体通过导管，因此B中会出现导管口有气泡冒出、澄清石灰水变浑浊的现象；
（3）B中澄清石灰水首先可检验A中反应生成的$\ce{CO_{2}}$，其次B装置盛满液体，未反应的CO会留在B中，起到收集尾气、防止CO污染空气的作用；
（4）计算生铁质量时，可利用铁元素守恒或化学方程式计算，先算出$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量，再结合铁元素的质量分数，最终得到含杂质4%的生铁质量。
【解析】
（1）实验开始时，若装置内混有空气，通入的CO与空气混合，加热时会发生爆炸，因此先通CO排尽装置内的空气，防止爆炸事故；
（2）A中反应为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$，生成的$\ce{CO_{2}}$进入B中，使澄清石灰水变浑浊，同时气体通过导管，故B中现象为导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊；
（3）B中澄清石灰水遇$\ce{CO_{2}}$变浑浊，可检验生成的$\ce{CO_{2}}$；由于B装置盛满澄清石灰水，未反应的CO难溶于石灰水，会留在B中，从而收集尾气，防止有毒的CO污染空气；
（4）计算过程：200 t赤铁矿中$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量为$200\ \mathrm{t}×80\% = 160\ \mathrm{t}$，$\ce{Fe_{2}O_{3}}$中铁元素的质量分数为$\frac{56×2}{56×2 + 16×3}×100\% = \frac{112}{160}×100\%$，则铁元素质量为$160\ \mathrm{t}×\frac{112}{160} = 112\ \mathrm{t}$，含杂质4%的生铁中铁的质量分数为$1 - 4\% = 96\%$，故生铁质量为$\frac{112\ \mathrm{t}}{96\%} ≈ 116.7\ \mathrm{t}$。
【答案】
(1) 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸事故
(2) 导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊
(3) 检验产生的气体是二氧化碳；收集尾气，防止CO污染空气
(4) 116.7
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；铁的冶炼；根据化学方程式计算
【点评】
本题考查实验室炼铁的实验操作、装置作用及相关计算，是铁冶炼相关知识的基础应用，需学生掌握实验原理、注意事项及计算方法，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题围绕实验室模拟炼铁的改进装置展开，需结合一氧化碳还原氧化铁的实验原理、操作注意事项、装置作用以及化学计算来解答各问题：
（1）一氧化碳是可燃性气体，与空气混合加热时易发生爆炸，因此实验开始先通CO，目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；
（2）A中$\ce{Fe_{2}O_{3}}$与CO反应生成$\ce{CO_{2}}$，$\ce{CO_{2}}$进入B中与澄清石灰水反应，同时气体通过导管，因此B中会出现导管口有气泡冒出、澄清石灰水变浑浊的现象；
（3）B中澄清石灰水首先可检验A中反应生成的$\ce{CO_{2}}$，其次B装置盛满液体，未反应的CO会留在B中，起到收集尾气、防止CO污染空气的作用；
（4）计算生铁质量时，可利用铁元素守恒或化学方程式计算，先算出$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量，再结合铁元素的质量分数，最终得到含杂质4%的生铁质量。
【解析】
（1）实验开始时，若装置内混有空气，通入的CO与空气混合，加热时会发生爆炸，因此先通CO排尽装置内的空气，防止爆炸事故；
（2）A中反应为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$，生成的$\ce{CO_{2}}$进入B中，使澄清石灰水变浑浊，同时气体通过导管，故B中现象为导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊；
（3）B中澄清石灰水遇$\ce{CO_{2}}$变浑浊，可检验生成的$\ce{CO_{2}}$；由于B装置盛满澄清石灰水，未反应的CO难溶于石灰水，会留在B中，从而收集尾气，防止有毒的CO污染空气；
（4）计算过程：200 t赤铁矿中$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的质量为$200\ \mathrm{t}×80\% = 160\ \mathrm{t}$，$\ce{Fe_{2}O_{3}}$中铁元素的质量分数为$\frac{56×2}{56×2 + 16×3}×100\% = \frac{112}{160}×100\%$，则铁元素质量为$160\ \mathrm{t}×\frac{112}{160} = 112\ \mathrm{t}$，含杂质4%的生铁中铁的质量分数为$1 - 4\% = 96\%$，故生铁质量为$\frac{112\ \mathrm{t}}{96\%} ≈ 116.7\ \mathrm{t}$。
【答案】
(1) 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸事故
(2) 导管口有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊
(3) 检验产生的气体是二氧化碳；收集尾气，防止CO污染空气
(4) 116.7
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；铁的冶炼；根据化学方程式计算
【点评】
本题考查实验室炼铁的实验操作、装置作用及相关计算，是铁冶炼相关知识的基础应用，需学生掌握实验原理、注意事项及计算方法，难度适中。
【难度系数】
0.7