焦炭還原氧化鐵

焦炭還原氧化鐵焦炭還原氧化鐵一、實(shí)驗(yàn)原理在一定條件下，焦炭通過還原反應(yīng)將氧化鐵還原為鐵。焦炭還原氧化鐵的反應(yīng)方程式如下：Fe2O3+3C=2Fe+3CO其中，F(xiàn)e2O3為氧化鐵，C為焦炭，F(xiàn)e為鐵，CO為一氧化碳。焦炭還原氧化鐵的反應(yīng)由兩步組成：①碳的熱分解反應(yīng)：C→2CO②還原反應(yīng)：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2因此，焦炭還原氧化鐵的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)合反應(yīng)。在反應(yīng)中，焦炭首先熱分解生成一氧化碳和二氧化碳，在高溫條件下，一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成鐵和一氧化碳，同時(shí)也生成二氧化碳，反應(yīng)平衡時(shí)會(huì)使二氧化碳的含量增加。二、實(shí)驗(yàn)操作1、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備包括煤氣燃燒器、煤氣瓶、量熱器、電子天平、測(cè)量溫度的溫度計(jì)、密封報(bào)價(jià)瓶、濾紙等。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）用小錘子將Fe2O3粉狀物打碎，使其質(zhì)地細(xì)膩。（2）將粉末均勻地分散在量熱器內(nèi)，用電子天平測(cè)量Fe2O3的質(zhì)量mFe2O3。（3）將量熱器放在架子上，并將溫度計(jì)插在量熱器內(nèi)部的孔中，使它的感受部位位于Fe2O3的中央，不要貼近熱源，不要與外壁接觸。（4）點(diǎn)燃煤氣燃燒器，將熱源向量熱器底部靠近，不停地?cái)嚢鐵e2O3，以確保熱源的均勻分布與傳遞。（5）當(dāng)量熱器內(nèi)溫度達(dá)到400℃時(shí)，可適當(dāng)離開熱源，不要停止攪拌，繼續(xù)熱化3~5分鐘，直至Fe2O3完全變黑。（6）關(guān)掉煤氣閥，讓量熱器自然冷卻，然后取出冷卻后的量熱器。（7）將冷卻后的量熱器中的Fe2O3和其中的一些黑色殘?jiān)湃腈嚢舯小＃?）將鎳棒杯插入密封報(bào)價(jià)瓶中，封接后放入熔點(diǎn)約高于1000℃的電爐中，熱化30分鐘，再用鎳棒保持密封狀態(tài)。（9）待反應(yīng)冷卻至室溫，打開密封報(bào)價(jià)瓶，取出鎳棒杯，將其中的黑色殘?jiān)蒙倭克磧?，過濾，然后用干燥的濾紙將過濾液吸干，然后加熱干燥。（10）用電子天平測(cè)定干燥后的殘?jiān)馁|(zhì)量mFe。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)如下：Fe2O3的質(zhì)量mFe2O3：熱化時(shí)量熱器內(nèi)的溫度：mFe和mFe2O3的比值為：在本實(shí)驗(yàn)中，焦炭是反應(yīng)中的還原劑。首先，F(xiàn)e2O3在高溫?zé)岱纸獬蒄e3O4，然后一氧化碳與Fe3O4反應(yīng)生成鐵和CO。反應(yīng)過程中，由于一氧化碳濃度增加，生成二氧化碳的反應(yīng)也加速，且二氧化碳的含量在反應(yīng)平衡時(shí)也會(huì)增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以算出焦炭的質(zhì)量。假設(shè)焦炭在反應(yīng)中完全被消耗，它反應(yīng)時(shí)生成的一氧化碳將與Fe2O3反應(yīng)，生成一定質(zhì)量的鐵。因此，焦炭的質(zhì)量可以用化學(xué)計(jì)量定律和化學(xué)計(jì)算的方法計(jì)算出來。按照行列式的方法，可以列出下列方程式：2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2因?yàn)榉磻?yīng)比例為2:3，所以Fe2O3的摩爾質(zhì)量比C大1.5倍。因此，可以得出：mC=mFe2O3/（2×55.85/（2×55.85+3×12.01））=0.174g因此，在焦炭還原Fe2O3的反應(yīng)中，所需焦炭的質(zhì)量為0.174g。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過本實(shí)驗(yàn)的操作和計(jì)算，可以得出以下結(jié)論：（1）在一定條件下，焦炭可以還原氧化鐵并生成鐵和一氧化碳。（2）焦炭還原氧化鐵的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)合反應(yīng)，由碳的熱分解反應(yīng)和還原反應(yīng)組成。（3）在反應(yīng)中，焦炭首先熱分解生成一氧化碳和二氧化碳，在高溫條件下，一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成鐵和一氧化碳，同時(shí)也生成二氧化碳，反應(yīng)平衡時(shí)會(huì)使二氧化碳的含量增加。（4）本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在反應(yīng)中所需的焦炭質(zhì)量為0.174g。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)基于還原反應(yīng)原理，以焦炭還原