Question

20．鐵在自然界分布廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防科技中有重要應(yīng)用．回答下列問題：
（1）用鐵礦石（赤鐵礦）冶煉生鐵的高爐如圖（a）所示，原料中除鐵礦石和焦炭外還含有石灰石．用化學(xué)反應(yīng)方程式說明石灰石的作用CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃、CaO+FeS$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+FeO．高爐排出氣體的主要成分有N₂、CO₂和CO（填化學(xué)式）．
（2）若煉鐵時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe₂O₃+6C+3O₂═4Fe+6CO₂，則理論上每生產(chǎn)1t鋼鐵需用標(biāo)況下空氣1428.6m³．
（3）有人設(shè)計(jì)出“二步熔融還原法”煉鐵工藝，其流程如圖（b）所示，其中，還原豎爐相當(dāng)于高爐的爐腰部分，主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；熔融造氣爐相當(dāng)于高爐的爐腹部分．
（4）鐵礦石中常含有硫，使高爐氣中混有SO₂ 污染空氣，脫SO₂ 的方法是用堿液或氫氧化鈉、氨水．

Answer 1

分析 （1）鐵礦石中含有氧化鐵和脈石，為除去脈石，可加入石灰石，石灰石分解生成氧化鈣，氧化鈣和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣，氧化鈣和硫化亞鐵反應(yīng)生成硫化鈣和氧化亞鐵；加入焦炭，先生成CO，最后生成二氧化碳；
（2）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算出1t鋼鐵的物質(zhì)的量，根據(jù)2Fe₂O₃+6C+3O₂═4Fe+6CO₂，可知3O₂～4Fe，計(jì)算所需的氧氣的物質(zhì)的量，氧氣占空氣的21%，據(jù)此計(jì)算需用標(biāo)況下空氣體積；
（3）高爐煉鐵時(shí)，爐腰部分發(fā)生Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，還原豎爐發(fā)生此反應(yīng)，熔融造氣爐和高爐的爐腹都發(fā)生2C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO以及CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃反應(yīng)；
（4）高爐氣中混有SO₂，SO₂為酸性氣體，可與堿反應(yīng)．

解答 解：（1）鐵礦石中含有氧化鐵和脈石，為除去脈石，可加入石灰石，石灰石分解生成氧化鈣，氧化鈣和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣，氧化鈣和硫化亞鐵反應(yīng)生成硫化鈣和氧化亞鐵，涉及反應(yīng)有CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃，CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃，加入焦炭，先生成CO，最后生成二氧化碳，尾氣中含有CO，
故答案為：CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃；CaO+FeS$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+FeO；CO；
（2）生產(chǎn)1t鋼鐵的物質(zhì)的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1×1{0}^{6}g}{56g/mol}$，由2Fe₂O₃+6C+3O₂═4Fe+6CO₂可知3O₂～4Fe，則所需的氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{1×1{0}^{6}}{56}×\frac{3}{4}$mol，氧氣占空氣的21%，則需用標(biāo)況下空氣體積為$\frac{\frac{1×1{0}^{6}g}{56g/mol}×\frac{3}{4}×22.4L/mol}{21%}$=1428.6m³，
故答案為：1428.6；
（3）高爐煉鐵時(shí)，爐腰部分發(fā)生Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，還原豎爐發(fā)生此反應(yīng)，熔融造氣爐和高爐的爐腹都發(fā)生2C+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO以及CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃反應(yīng)，則熔融造氣爐相當(dāng)于高爐的爐腹部分，
故答案為：爐腰；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；爐腹；
（4）高爐氣中混有SO₂，SO₂為酸性氣體，可與堿反應(yīng)，可用堿液或氫氧化鈉、氨水等吸收，
故答案為：用堿液或氫氧化鈉、氨水．

點(diǎn)評 本題考查高爐煉鐵，側(cè)重于化學(xué)與生產(chǎn)的考查，綜合考查元素化合物知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，題目難度中等．