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钢铁工业在我国国民经济中处于十分重要的位置,工业上采用高炉冶炼,常用赤铁矿、焦炭、空气和熔剂(石灰石)作原料.已知赤铁矿被还原剂还原时是逐级进行的,还原时温度及CO、CO2平衡混合气体中CO的体积分数的关系如图:
(1)铁在元素周期表中位于
周期
族.
(2)在温度低于570℃时,还原分两阶段完成,在温度高于570℃时,依次发生的还原反应有:
cdb
cdb
(选用右图中的a、b、c、d填空).
(3)为减少高炉冶铁时,含CO的尾气排放,下列研究方向不可取的是
acd
acd

(a)其它条件不变,增加高炉的高度
(b)调节还原时的炉温
(c)增加原料中焦炭与赤铁矿的比例
(d)将生成的铁水及时移出
(4)已知下列反应数值:
反应序号 化学反应 反应热
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g) △H1=-26.7kJ?mol-1
3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) △H2=-50.8kJ?mol-1
Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2 (g) △H3=-36.5kJ?mol-1
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) △H4
反应④△H4=
7.3
7.3
kJ?mol-1
(5)1100℃时,FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g),平衡常数K=0.4.今在一密闭容器中,加入7.2gFeO,同时通入4.48LCO(已折合为标准状况),将其升温到1100℃,并维持温度不变,达平衡时,FeO的转化率为:
57.1
57.1
分析:(1)铁是26号元素,位于元素周期表中位于 第四周期第Ⅷ族.
(2)由图可知在温度低于570℃时,发生反应为3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2,Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2.在温度高于570℃时,发生的还原反应有3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2,Fe3O4+CO=3FeO+CO2,FeO+CO=Fe+CO2.根据铁元素的化合价判断发生反应的顺序.
(3)为减少高炉冶铁时,含CO的尾气排放,应是平衡向正反应移动,根据平衡移动分析.
(4)根据盖斯定律构造目标热化学方程式.
(5)令转化率的CO的物质的量为xmol,根据三段式用x表示出平衡时一氧化碳与二氧化碳的浓度,代入平衡常数计算x值,根据方程式可知转化的FeO的物质的量n(FeO)=n(CO),计算转化的FeO质量,最后利用转化率定义计算.
解答:解:(1)铁是26号元素,位于元素周期表中位于 第四周期第Ⅷ族.
故答案为:四、Ⅷ.
(2)由图可知在温度低于570℃时,发生反应bcd,由铁元素的化合价降低可知,依次发生的还原反应有
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2,Fe3O4+CO=3FeO+CO2,FeO+CO=Fe+CO2.故反应顺序为cdb.
故答案为:cdb.
(3)
(a)其它条件不变,增加高炉的高度,不影响平衡移动,不能减小一氧化碳的排放,故a错误;
(b)反应为吸热反应,调节还原时的炉温,有利于平衡向正反应进行,降低一氧化碳的含量,故b正确;
(c)焦炭与赤铁矿是固体,增加原料中焦炭与赤铁矿的比例,不影响平衡移动,不能减小一氧化碳的排放,故c错误;
(d)生成的铁水为液态,将生成的铁水及时移出,不影响平衡移动,不能减小一氧化碳的排放,故d错误.
故选:acd.
(4)已知:①Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g)△H1=-26.7kJ?mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)△H2=-50.8kJ?mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2 (g)△H3=-36.5kJ?mol-1
由盖斯定律可知,①×3-②-③×2得6FeO(s)+6CO(g)=6Fe(s)+6CO2(g)△H=3△H1-△H2-2△H1
所以△H4=
1
6
△H=
1
6
(3△H1-△H2-2△H1)=
1
6
×[3×(-26.7kJ?mol-1)-(-50.8kJ?mol-1)-2×(-36.5kJ?mol-1)]=
7.3kJ?mol-1
故答案为:7.3.
(5)4.48LCO(已折合为标准状况)物质的量为
4.48L
22.4L/mol
=0.2mol,令转化率的CO的物质的量为xmol,则:
            FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g),
开始(mol):0.2             0
变化(mol):x                x
平衡(mol):0.2-x            x
一氧化碳的系数等于二氧化碳的系数,故可以用物质的量代替浓度计算平衡常数,
所以
x
0.2-x
=0.4,解得x=
2
35
mol
由方程式可知,转化的FeO的物质的量n(FeO)=n(CO)=
2
35
mol,
所以FeO的转化率为
2
35
mol ×72g/mol
7.2g
×100%=57.1%.
答:FeO的转化率为57.1%.
点评:考查热化学方程式、化学平衡计算等,难度中等,是对知识的综合考查,注意(2)中按顺序排列,掌握化学平衡三段式解题法的运用.
练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

(14分)钢铁工业在我国国民经济中处于十分重要的位置,工业上采用高炉冶炼,常用赤铁矿、焦炭、空气和熔剂(石灰石)作原料。已知赤铁矿被还原剂还原时是逐级进行的,还原时温度及CO、CO2平衡混合气体中CO的体积分数的关系如下图:

(1)铁在元素周期表中位于       周期         

(2)在温度低于570℃时,还原分两阶段完成,在温度高于570℃时,依次发生的还原反应有:            (选用右图中的a、b、c、d填空)

(3)为减少高炉冶铁时,含CO的尾气排放,下列研究方向不可取的是             

(a)其它条件不变,增加高炉的高度  

(b)调节还原时的炉温

(c)增加原料中焦炭与赤铁矿的比例  

(d)将生成的铁水及时移出

(4)已知下列反应数值:

反应序号

化学反应

反应热

Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g)

△H1= -26.7kJ·mol-1

3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)

△H2= -50.8kJ·mol-1[来源:学.科.网]

Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2 (g)

△H3= -36.5kJ·mol-1

FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)     

△H4

反应④△H4=                kJ·mol-1

 

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科目:高中化学 来源:2010-2011学年江苏省高三上学期期末模拟化学试卷 题型:填空题

钢铁工业在我国国民经济中处于十分重要的位置,工业上采用高炉冶炼,常用赤铁矿、焦炭、空气和熔剂(石灰石)作原料。已知赤铁矿被还原剂还原时是逐级进行的,还原时温度及CO、CO2平衡混合气体中CO的体积分数的关系如下图:

(1)铁在元素周期表中位于          周期     

(2)在温度低于570℃时,还原分两阶段完成,在温度高于570℃时,依次发生的还原反应有:                 (选用右图中的a、b、c、d填空)

(3)为减少高炉冶铁时,含CO的尾气排放,下列研究方向不可取的是            

(a)其它条件不变,增加高炉的高度

(b)调节还原时的炉温

(c)增加原料中焦炭与赤铁矿的比例

(d)将生成的铁水及时移出

(4)已知下列反应数值:

反应序号

化学反应

反应热

Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g)

△H1= -26.7kJ·mol-1

3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)

△H2= -50.8kJ·mol-1

Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2 (g)

△H3= -36.5kJ·mol-1

FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)        

△H4

反应④△H4=                           kJ·mol-1

(5)1100℃时, FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g),平衡常数K=0.4。今在一密闭容器中,加入7.2gFeO,同时通入4.48LCO(已折合为标准状况),将其升温到1100℃,并维持温度不变,达平衡时,FeO的转化率为:                

 

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科目:高中化学 来源:2011-2012年江苏省高二上学期开学考试化学试卷 题型:填空题

(14分)钢铁工业在我国国民经济中处于十分重要的位置,工业上采用高炉冶炼,常用赤铁矿、焦炭、空气和熔剂(石灰石)作原料。已知赤铁矿被还原剂还原时是逐级进行的,还原时温度及CO、CO2平衡混合气体中CO的体积分数的关系如下图:

(1)铁在元素周期表中位于       周期         

(2)在温度低于570℃时,还原分两阶段完成,在温度高于570℃时,依次发生的还原反应有:            (选用右图中的a、b、c、d填空)

(3)为减少高炉冶铁时,含CO的尾气排放,下列研究方向不可取的是             

(a)其它条件不变,增加高炉的高度  

(b)调节还原时的炉温

(c)增加原料中焦炭与赤铁矿的比例  

(d)将生成的铁水及时移出

(4)已知下列反应数值:

反应序号

化学反应

反应热

Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g)

△H1= -26.7kJ·mol-1

3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)

△H2= -50.8kJ·mol-1[来源:学.科.网]

Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2 (g)[来源:学+科+网]

△H3= -36.5kJ·mol-1

FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)     

△H4

反应④△H4=                 kJ·mol-1

 

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

钢铁工业在我国国民经济中处于十分重要的位置,工业上采用高炉冶炼,常用赤铁矿、焦炭、空气和熔剂(石灰石)作原料.已知赤铁矿被还原剂还原时是逐级进行的,还原时温度及CO、CO2平衡混合气体中CO的体积分数的关系如图:
(1)铁在元素周期表中位于______周期______族.
(2)在温度低于570℃时,还原分两阶段完成,在温度高于570℃时,依次发生的还原反应有:______(选用右图中的a、b、c、d填空).
(3)为减少高炉冶铁时,含CO的尾气排放,下列研究方向不可取的是______.
(a)其它条件不变,增加高炉的高度
(b)调节还原时的炉温
(c)增加原料中焦炭与赤铁矿的比例
(d)将生成的铁水及时移出
(4)已知下列反应数值:
反应序号 化学反应 反应热
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO 2(g) △H1=-26.7kJ?mol-1
3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g) △H2=-50.8kJ?mol-1
Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2 (g) △H3=-36.5kJ?mol-1
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) △H4
反应④△H4=______kJ?mol-1
(5)1100℃时,FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g),平衡常数K=0.4.今在一密闭容器中,加入7.2gFeO,同时通入4.48LCO(已折合为标准状况),将其升温到1100℃,并维持温度不变,达平衡时,FeO的转化率为:______.
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