Question

2．鐵在自然界分別廣泛，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含有石灰石．除去鐵礦石中脈石（主要成分為SiO₂ ）的化學(xué)反應(yīng)方程式為CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃；高爐排出氣體的主要成分有N₂、CO₂ 和CO（填化學(xué)式）．
（2）已知：①Fe₂O₃ （s）+3C（s）=2Fe（s）+3CO（g）△H=+494kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
③C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO  （g）△H=-110kJ•mol^-1
則反應(yīng)Fe₂O₃ （s）+3C（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2Fe（s）+3CO₂ （g） 的△H=-355kJ•mol^-1．理論上反應(yīng)②③放出的熱量足以供給反應(yīng)①所需的熱量（填上述方程式序號(hào)）
（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 的方法是堿液或氫氧化鈉、氨水等吸收．

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；加入焦炭，先生成CO，最后生成二氧化碳；
（2）利用蓋斯定律將①+②×3得到Fe₂O₃（s）+3C（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）的△H，因①為吸熱反應(yīng)，②③為放熱反應(yīng)，則②③反應(yīng)放出的熱量可使①反應(yīng)；
（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，涉及反應(yīng)有CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，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：石灰石；CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃；CO；
（2）利用蓋斯定律將①+②×3得到Fe₂O₃（s）+3C（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H=（+494kJ•mol^-1）+3×（-283kJ•mol^-1）=-355kJ•mol^-1，
因①為吸熱反應(yīng)，②③為放熱反應(yīng)，則②③反應(yīng)放出的熱量可使①反應(yīng)，
故答案為：-355；②③；①；
（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：堿液或氫氧化鈉、氨水等吸收．

點(diǎn)評(píng) 本題為2015年海南考題，涉及高爐煉鐵，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(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，難度中等．