Question

3．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有石灰石．除去铁矿石中脉石（主要成分为SiO₂）的化学反应方程式为CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑、CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃；高炉排出气体的主要成分有N₂、CO₂和CO（填化学式）．
（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
则反应Fe₂O₃（s）+3C（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）的△H=-355kJ•mol^-1．理论上反应②③放出的热量足以供给反应①所需要的热量（填上述方程式序号）．
（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；加入焦炭，先生成CO，最后生成二氧化碳；
（2）利用盖斯定律将①+②×3得到Fe₂O₃（s）+3C（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）的△H，因①为吸热反应，②③为放热反应，则②③反应放出的热量可使①反应；
（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，涉及反应有CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，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：石灰石；CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaO+CO₂↑；CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃；CO；
（2）利用盖斯定律将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为吸热反应，②③为放热反应，则②③反应放出的热量可使①反应，
故答案为：-355；②③；①；
（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：碱液或氢氧化钠、氨水．

点评 本题为2015年海南考题，涉及高炉炼铁，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，难度中等．