Question

3．據統計：中國生產了全球近一半的鋼鐵．請結合以下信息和所學知識，回答問題．

（1）工業(yè)煉鐵使用圖Ⅰ設備，名稱是高爐，煉鐵時將圖Ⅱ中固體原料按一定配比與圖Ⅲ中的富氧熱空氣共同投入煉鐵設備中，原料的投放口為二（填“方案一”或“方案二”）
方案一：固體原料從B口投入，熱空氣從A口進入；
方案二：固體原料從A口投入，熱空氣從B口進入；
選擇此方案的優(yōu)點是便于碳與氧氣充分反應得到二氧化碳，二氧化碳再與碳反應得到一氧化碳．
（2）根據煉鐵的原理：①先將焦炭燃燒產生CO₂；②再進一步產生還原劑CO；
③利用CO將赤鐵礦中的鐵還原出來．
請依次寫出上述①～③的化學反應方程式：
①C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；②2C+CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；③3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）若煉鐵廠用含Fe₂O₃質量分數為80%赤鐵礦煉鐵，生產112噸生鐵（含雜質4%），則理論上需要赤鐵礦多少噸？（請寫出具體計算過程，注意格式）
（4）資料顯示，若生產1噸生鐵（含雜質4%），需要2.0噸赤鐵礦、0.5噸焦炭以及0.3噸熔劑．某同學通過理論計算得出本次生產只需焦炭0.3噸，分析實際用量遠高于理論值的原因可能有BC填字母）．
A．焦炭在高溫下分解
B．部分焦炭與鐵相互熔合，成為生鐵中的部分碳元素
C．焦炭轉變成一氧化碳后未及時反應，變成廢氣排放
（5）產物生鐵往往會被制成性能更優(yōu)越的鋼，鋼和生鐵相比含碳量更低（填“高”或“低”）．
鋼可用于生產生活的各個方面，如火車鐵軌、汽車外殼、橋梁等等，但鋼鐵制品易生銹，全世界因生銹而損失的鋼鐵，約占世界年產量的$\frac{1}{10}$．請你寫出一種防止鋼鐵生銹的方法：刷漆．
（6）某鐵制品樣品12克在純氧中完全燃燒，得到0.022克二氧化碳，求此樣品中碳的質量分數0.05%判斷該樣品屬于生鐵還是鋼？鋼．

Answer 1

分析 （1）根據煉鐵的設備與方法來分析；
（2）根據反應物和生成物寫出化學方程式；
（3）由赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數、生鐵的質量、生鐵中鐵的質量分數，根據赤鐵礦煉鐵的化學方程式可以列式計算出至少需該赤鐵礦的質量；
（4）根據冶煉生鐵的過程中碳的去向來分析；
（5）根據生鐵是含碳量為2%～4.3%的鐵合金，鋼是含碳量為0.03%～2%的鐵合金來分析；鐵與水、氧氣充分接觸時容易生銹，使鐵制品與氧氣和水隔絕可以防止生銹；
（6）根據生成的二氧化碳的質量確定鐵合金中碳的質量，計算出碳元素的質量分數，然后根據生鐵中的含碳量是2%～4.3%，鋼中的含碳量是0.03%～2%確定鐵合金的類別．

解答 解：（1）煉鐵的設備是高爐，從高爐的上端投料，下端鼓入熱空氣，使得碳與氧氣反應得到還原劑--一氧化碳；故答案：高爐；二；便于碳與氧氣充分反應得到二氧化碳，二氧化碳再與碳反應得到一氧化碳；
（2）在高溫下，焦炭跟氧氣反應生成二氧化碳，反應為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；
②二氧化碳被焦炭還原成一氧化碳，一氧化碳具有還原性，反應為：2C+CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
③一氧化碳跟氧化鐵反應，生成鐵和二氧化碳，反應為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
故填：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；2C+CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）設至少需該赤鐵礦石的質量為x，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160            112
80%×x     112t×（1-4%）
$\frac{160}{112}=\frac{80%×x}{112t×（1-4%）}$
x=192t
答：理論上至少需要赤鐵礦192t．
（4）在生鐵冶煉的過程中，部分碳沒有參加反應轉移到的生鐵中，還有部分碳生成的一氧化碳沒有參加反應而損失，所以理論值小于實際用量，故填：BC；
（5）鋼是含碳量為0.03%～2%的鐵合金，生鐵是含碳量為2%～4.3%的鐵合金，則兩者碳元素的質量分數相比較，前者低于后者．故填：低；
為了防止鋼鐵的銹蝕，人們常采用在其表面刷漆、涂油或鍍上其他金屬等覆蓋保護膜的方法，這些方法都能夠防止銹蝕的共同原理是隔絕氧氣和水．故填：刷漆（答案合理皆可）；
（6）設生成0.022g二氧化碳需要碳的質量為x
C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂
12        44
x        0.022g
$\frac{12}{44}=\frac{x}{0.022g}$
x=0.006g
該樣品中含碳量為：$\frac{0.006g}{12g}×100%$=0.05%．
0.05%介于0.03%～2%之間，屬于鋼
答：此合金樣品中碳的質量分數是0.05%，屬于鋼．

點評 本題考查了根據化學方程式的計算，完成此題，可以依據已有的知識進行，要求同學們熟知生鐵和鋼中的含碳量，以便做出正確的判斷．