Question

20．铁在自然界分布广泛，在工业、农业和国防科技中有重要应用．回答下列问题：
（1）用铁矿石（赤铁矿）冶炼生铁的高炉如图（a）所示，原料中除铁矿石和焦炭外还含有石灰石．用化学反应方程式说明石灰石的作用CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃、CaO+FeS$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+FeO．高炉排出气体的主要成分有N₂、CO₂和CO（填化学式）．
（2）若炼铁时发生如下反应：2Fe₂O₃+6C+3O₂═4Fe+6CO₂，则理论上每生产1t钢铁需用标况下空气1428.6m³．
（3）有人设计出“二步熔融还原法”炼铁工艺，其流程如图（b）所示，其中，还原竖炉相当于高炉的炉腰部分，主要反应的化学方程式为Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；熔融造气炉相当于高炉的炉腹部分．
（4）铁矿石中常含有硫，使高炉气中混有SO₂ 污染空气，脱SO₂ 的方法是用碱液或氢氧化钠、氨水．

Answer 1

分析 （1）铁矿石中含有氧化铁和脉石，为除去脉石，可加入石灰石，石灰石分解生成氧化钙，氧化钙和二氧化硅反应生成硅酸钙，氧化钙和硫化亚铁反应生成硫化钙和氧化亚铁；加入焦炭，先生成CO，最后生成二氧化碳；
（2）根据n=$\frac{m}{M}$计算出1t钢铁的物质的量，根据2Fe₂O₃+6C+3O₂═4Fe+6CO₂，可知3O₂～4Fe，计算所需的氧气的物质的量，氧气占空气的21%，据此计算需用标况下空气体积；
（3）高炉炼铁时，炉腰部分发生Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，还原竖炉发生此反应，熔融造气炉和高炉的炉腹都发生2C+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO以及CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃反应；
（4）高炉气中混有SO₂，SO₂为酸性气体，可与碱反应．

解答 解：（1）铁矿石中含有氧化铁和脉石，为除去脉石，可加入石灰石，石灰石分解生成氧化钙，氧化钙和二氧化硅反应生成硅酸钙，氧化钙和硫化亚铁反应生成硫化钙和氧化亚铁，涉及反应有CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃，CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃，加入焦炭，先生成CO，最后生成二氧化碳，尾气中含有CO，
故答案为：CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃；CaO+FeS$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+FeO；CO；
（2）生产1t钢铁的物质的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1×1{0}^{6}g}{56g/mol}$，由2Fe₂O₃+6C+3O₂═4Fe+6CO₂可知3O₂～4Fe，则所需的氧气的物质的量为$\frac{1×1{0}^{6}}{56}×\frac{3}{4}$mol，氧气占空气的21%，则需用标况下空气体积为$\frac{\frac{1×1{0}^{6}g}{56g/mol}×\frac{3}{4}×22.4L/mol}{21%}$=1428.6m³，
故答案为：1428.6；
（3）高炉炼铁时，炉腰部分发生Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，还原竖炉发生此反应，熔融造气炉和高炉的炉腹都发生2C+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO以及CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃反应，则熔融造气炉相当于高炉的炉腹部分，
故答案为：炉腰；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；炉腹；
（4）高炉气中混有SO₂，SO₂为酸性气体，可与碱反应，可用碱液或氢氧化钠、氨水等吸收，
故答案为：用碱液或氢氧化钠、氨水．

点评 本题考查高炉炼铁，侧重于化学与生产的考查，综合考查元素化合物知识，有利于培养学生良好的科学素养，题目难度中等．