Question

3．據(jù)統(tǒng)計(jì)：中國(guó)生產(chǎn)了全球近一半的鋼鐵．請(qǐng)結(jié)合以下信息和所學(xué)知識(shí)，回答問(wèn)題．

（1）工業(yè)煉鐵使用圖Ⅰ設(shè)備，名稱是高爐，煉鐵時(shí)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(shè)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(jìn)入；
方案二：固體原料從A口投入，熱空氣從B口進(jìn)入；
選擇此方案的優(yōu)點(diǎn)是便于碳與氧氣充分反應(yīng)得到二氧化碳，二氧化碳再與碳反應(yīng)得到一氧化碳．
（2）根據(jù)煉鐵的原理：①先將焦炭燃燒產(chǎn)生CO₂；②再進(jìn)一步產(chǎn)生還原劑CO；
③利用CO將赤鐵礦中的鐵還原出來(lái)．
請(qǐng)依次寫出上述①～③的化學(xué)反應(yīng)方程式：
①C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂；②2C+CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；③3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）若煉鐵廠用含F(xiàn)e₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%赤鐵礦煉鐵，生產(chǎn)112噸生鐵（含雜質(zhì)4%），則理論上需要赤鐵礦多少噸？（請(qǐng)寫出具體計(jì)算過(guò)程，注意格式）
（4）資料顯示，若生產(chǎn)1噸生鐵（含雜質(zhì)4%），需要2.0噸赤鐵礦、0.5噸焦炭以及0.3噸熔劑．某同學(xué)通過(guò)理論計(jì)算得出本次生產(chǎn)只需焦炭0.3噸，分析實(shí)際用量遠(yuǎn)高于理論值的原因可能有BC填字母）．
A．焦炭在高溫下分解
B．部分焦炭與鐵相互熔合，成為生鐵中的部分碳元素
C．焦炭轉(zhuǎn)變成一氧化碳后未及時(shí)反應(yīng)，變成廢氣排放
（5）產(chǎn)物生鐵往往會(huì)被制成性能更優(yōu)越的鋼，鋼和生鐵相比含碳量更低（填“高”或“低”）．
鋼可用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，如火車鐵軌、汽車外殼、橋梁等等，但鋼鐵制品易生銹，全世界因生銹而損失的鋼鐵，約占世界年產(chǎn)量的$\frac{1}{10}$．請(qǐng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%判斷該樣品屬于生鐵還是鋼？鋼．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)煉鐵的設(shè)備與方法來(lái)分析；
（2）根據(jù)反應(yīng)物和生成物寫出化學(xué)方程式；
（3）由赤鐵礦石中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、生鐵的質(zhì)量、生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)赤鐵礦煉鐵的化學(xué)方程式可以列式計(jì)算出至少需該赤鐵礦的質(zhì)量；
（4）根據(jù)冶煉生鐵的過(guò)程中碳的去向來(lái)分析；
（5）根據(jù)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(lái)分析；鐵與水、氧氣充分接觸時(shí)容易生銹，使鐵制品與氧氣和水隔絕可以防止生銹；
（6）根據(jù)生成的二氧化碳的質(zhì)量確定鐵合金中碳的質(zhì)量，計(jì)算出碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后根據(jù)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(shè)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(yīng)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(yīng)得到二氧化碳，二氧化碳再與碳反應(yīng)得到一氧化碳；
（2）在高溫下，焦炭跟氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，反應(yīng)為：C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$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(yīng)為：2C+CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；
③一氧化碳跟氧化鐵反應(yīng)，生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
故填：C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂；2C+CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）設(shè)至少需該赤鐵礦石的質(zhì)量為x，
Fe₂O₃+3CO$\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(guò)程中，部分碳沒(méi)有參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移到的生鐵中，還有部分碳生成的一氧化碳沒(méi)有參加反應(yīng)而損失，所以理論值小于實(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(hù)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(shè)生成0.022g二氧化碳需要碳的質(zhì)量為x
C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$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(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.05%，屬于鋼．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算，完成此題，可以依據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行，要求同學(xué)們熟知生鐵和鋼中的含碳量，以便做出正確的判斷．