Question

【题目】铁的冶炼与利用是学习和研究化学的重要课题。

Ⅰ．铁的冶炼，竖炉炼铁的工艺流程如图1所示。

（1）“燃烧室”中CH4燃烧的作用是__

（2）写出“还原反应室”中炼铁的一个反应的化学方程式__。

（3）CH4与高温尾气中的CO2或H2O都能反应生成CO和H2，则16g CH4在催化反应室中完全反应后，理论上得到H2的质量（m）范围是__。

Ⅱ．铁的利用，利用铁炭混合物（铁屑和活性炭的混合物）处理含有Cu(NO3)2，Pb(NO3)2和Zn(NO3)2的铜冶炼废水。在相同条件下，测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中重金属离子的去除率，实验结果如图2所示。

（1）铁炭混合物中铁的质量分数为100%时，水中的Cu2+、Pb2+能被除去、而Zn2+不能被除去，其原因是__。

（2）铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能除去水中少量的重金属离子，其原因是__。

（3）处理效果最好时，铁炭混合物中的铁的质量分数为__。

Answer 1

【答案】甲烷燃烧放出大量的热，提供冶炼铁需要的高温条件3H2+Fe2O3高温2Fe+3H2O

或3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO24g<m<6g铁比铜、铅活泼，但比锌弱，所以铁可以除去铜离子、铅离子，但不能除去锌离子碳单质也能将某些金属离子还原50%

【解析】

I（1）甲烷燃烧放出了大量的热，能够给炼铁提供热量，同时生成了二氧化碳和水，提供了生产合成气的原料，所以“燃烧室”中CH4燃烧的作用是：燃烧产生热量、做生产合成气的原料；

（2）一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，化学方程式为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；

（3）甲烷和二氧化碳反应生成氢气的质量为x

CH4+CO22CO+2H2

16 4

16g x

=

x=4g

甲烷和水反应生成氢气的质量为y

CH4+H2OCO+3H2

16 6

16g y

=

y=6g

所以理论上得到H2的质量（m）范围是4g<m<6g；

II（1）铁炭混合物中铁的质量分数为100%时，水中的Cu2+、Pb2+能被除去、而Zn2+不能被除去，原因是：铁的金属活动性排在锌的后面；

（2）铁炭混合物中铁的质量分数为0时，也能除去水中少量的重金属离子，原因是：活性炭对铜离子和铅离子具有吸附性；

（3）由图2中的数据可知，处理效果最好时，铁炭混合物中的铁的质量分数为：50%。