Question

钢铁工业在我国国民经济中处于十分重要的位置，工业上采用高炉冶炼，常用赤铁矿、焦炭、空气和熔剂（石灰石）作原料．已知赤铁矿被还原剂还原时是逐级进行的，还原时温度及CO、CO₂平衡混合气体中CO的体积分数的关系如图：
（1）铁在元素周期表中位于

四

周期

Ⅷ

族．
（2）在温度低于570℃时，还原分两阶段完成，在温度高于570℃时，依次发生的还原反应有：

cdb

（选用右图中的a、b、c、d填空）．
（3）为减少高炉冶铁时，含CO的尾气排放，下列研究方向不可取的是

acd

．
（a）其它条件不变，增加高炉的高度
（b）调节还原时的炉温
（c）增加原料中焦炭与赤铁矿的比例
（d）将生成的铁水及时移出
（4）已知下列反应数值：

反应序号	化学反应	反应热
①	Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO 2（g）	△H1=-26.7kJ?mol-1
②	3Fe2O3（s）+CO（g）=2Fe3O4（s）+CO2（g）	△H2=-50.8kJ?mol-1
③	Fe3O4（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO2 （g）	△H3=-36.5kJ?mol-1
④	FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO2（g）	△H4

反应④△H₄=

7.3

kJ?mol^-1．
（5）1100℃时，FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），平衡常数K=0.4．今在一密闭容器中，加入7.2gFeO，同时通入4.48LCO（已折合为标准状况），将其升温到1100℃，并维持温度不变，达平衡时，FeO的转化率为：

57.1

．

Answer 1

分析：（1）铁是26号元素，位于元素周期表中位于 第四周期第Ⅷ族．
（2）由图可知在温度低于570℃时，发生反应为3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂．在温度高于570℃时，发生的还原反应有3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂，FeO+CO=Fe+CO₂．根据铁元素的化合价判断发生反应的顺序．
（3）为减少高炉冶铁时，含CO的尾气排放，应是平衡向正反应移动，根据平衡移动分析．
（4）根据盖斯定律构造目标热化学方程式．
（5）令转化率的CO的物质的量为xmol，根据三段式用x表示出平衡时一氧化碳与二氧化碳的浓度，代入平衡常数计算x值，根据方程式可知转化的FeO的物质的量n（FeO）=n（CO），计算转化的FeO质量，最后利用转化率定义计算．

解答：解：（1）铁是26号元素，位于元素周期表中位于 第四周期第Ⅷ族．
故答案为：四、Ⅷ．
（2）由图可知在温度低于570℃时，发生反应bcd，由铁元素的化合价降低可知，依次发生的还原反应有
3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂，FeO+CO=Fe+CO₂．故反应顺序为cdb．
故答案为：cdb．
（3）
（a）其它条件不变，增加高炉的高度，不影响平衡移动，不能减小一氧化碳的排放，故a错误；
（b）反应为吸热反应，调节还原时的炉温，有利于平衡向正反应进行，降低一氧化碳的含量，故b正确；
（c）焦炭与赤铁矿是固体，增加原料中焦炭与赤铁矿的比例，不影响平衡移动，不能减小一氧化碳的排放，故c错误；
（d）生成的铁水为液态，将生成的铁水及时移出，不影响平衡移动，不能减小一氧化碳的排放，故d错误．
故选：acd．
（4）已知：①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO ₂（g）△H₁=-26.7kJ?mol^-1；
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H₂=-50.8kJ?mol^-1；
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂ （g）△H₃=-36.5kJ?mol^-1；
由盖斯定律可知，①×3-②-③×2得6FeO（s）+6CO（g）=6Fe（s）+6CO₂（g）△H=3△H₁-△H₂-2△H₁，
所以△H₄=

1

6

△H=

1

6

（3△H₁-△H₂-2△H₁）=

1

6

×[3×（-26.7kJ?mol^-1）-（-50.8kJ?mol^-1）-2×（-36.5kJ?mol^-1）]=
7.3kJ?mol^-1．
故答案为：7.3．
（5）4.48LCO（已折合为标准状况）物质的量为

4.48L

22.4L/mol

=0.2mol，令转化率的CO的物质的量为xmol，则：
            FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
开始（mol）：0.2             0
变化（mol）：x                x
平衡（mol）：0.2-x            x
一氧化碳的系数等于二氧化碳的系数，故可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，
所以

x

0.2-x

=0.4，解得x=

2

35

mol
由方程式可知，转化的FeO的物质的量n（FeO）=n（CO）=

2

35

mol，
所以FeO的转化率为

2 35 mol ×72g/mol

7.2g

×100%=57.1%．
答：FeO的转化率为57.1%．

点评：考查热化学方程式、化学平衡计算等，难度中等，是对知识的综合考查，注意（2）中按顺序排列，掌握化学平衡三段式解题法的运用．