Question

鋼鐵工業(yè)在我國國民經濟中處于十分重要的位置，工業(yè)上采用高爐冶煉，常用赤鐵礦、焦炭、空氣和熔劑（石灰石）作原料．已知赤鐵礦被還原劑還原時是逐級進行的，還原時溫度及CO、CO₂平衡混合氣體中CO的體積分數的關系如圖：
（1）鐵在元素周期表中位于

四

周期

Ⅷ

族．
（2）在溫度低于570℃時，還原分兩階段完成，在溫度高于570℃時，依次發(fā)生的還原反應有：

cdb

（選用右圖中的a、b、c、d填空）．
（3）為減少高爐冶鐵時，含CO的尾氣排放，下列研究方向不可取的是

acd

．
（a）其它條件不變，增加高爐的高度
（b）調節(jié)還原時的爐溫
（c）增加原料中焦炭與赤鐵礦的比例
（d）將生成的鐵水及時移出
（4）已知下列反應數值：

反應序號	化學反應	反應熱
①	Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO 2（g）	△H1=-26.7kJ?mol-1
②	3Fe2O3（s）+CO（g）=2Fe3O4（s）+CO2（g）	△H2=-50.8kJ?mol-1
③	Fe3O4（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO2 （g）	△H3=-36.5kJ?mol-1
④	FeO（s）+CO（g）=Fe（s）+CO2（g）	△H4

反應④△H₄=

7.3

kJ?mol^-1．
（5）1100℃時，FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），平衡常數K=0.4．今在一密閉容器中，加入7.2gFeO，同時通入4.48LCO（已折合為標準狀況），將其升溫到1100℃，并維持溫度不變，達平衡時，FeO的轉化率為：

57.1

．

Answer 1

分析：（1）鐵是26號元素，位于元素周期表中位于 第四周期第Ⅷ族．
（2）由圖可知在溫度低于570℃時，發(fā)生反應為3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，Fe₃O₄+4CO=3Fe+4CO₂．在溫度高于570℃時，發(fā)生的還原反應有3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂，FeO+CO=Fe+CO₂．根據鐵元素的化合價判斷發(fā)生反應的順序．
（3）為減少高爐冶鐵時，含CO的尾氣排放，應是平衡向正反應移動，根據平衡移動分析．
（4）根據蓋斯定律構造目標熱化學方程式．
（5）令轉化率的CO的物質的量為xmol，根據三段式用x表示出平衡時一氧化碳與二氧化碳的濃度，代入平衡常數計算x值，根據方程式可知轉化的FeO的物質的量n（FeO）=n（CO），計算轉化的FeO質量，最后利用轉化率定義計算．

解答：解：（1）鐵是26號元素，位于元素周期表中位于 第四周期第Ⅷ族．
故答案為：四、Ⅷ．
（2）由圖可知在溫度低于570℃時，發(fā)生反應bcd，由鐵元素的化合價降低可知，依次發(fā)生的還原反應有
3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂，Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂，FeO+CO=Fe+CO₂．故反應順序為cdb．
故答案為：cdb．
（3）
（a）其它條件不變，增加高爐的高度，不影響平衡移動，不能減小一氧化碳的排放，故a錯誤；
（b）反應為吸熱反應，調節(jié)還原時的爐溫，有利于平衡向正反應進行，降低一氧化碳的含量，故b正確；
（c）焦炭與赤鐵礦是固體，增加原料中焦炭與赤鐵礦的比例，不影響平衡移動，不能減小一氧化碳的排放，故c錯誤；
（d）生成的鐵水為液態(tài)，將生成的鐵水及時移出，不影響平衡移動，不能減小一氧化碳的排放，故d錯誤．
故選：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；
由蓋斯定律可知，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．
故答案為：7.3．
（5）4.48LCO（已折合為標準狀況）物質的量為

4.48L

22.4L/mol

=0.2mol，令轉化率的CO的物質的量為xmol，則：
            FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
開始（mol）：0.2             0
變化（mol）：x                x
平衡（mol）：0.2-x            x
一氧化碳的系數等于二氧化碳的系數，故可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，
所以

x

0.2-x

=0.4，解得x=

2

35

mol
由方程式可知，轉化的FeO的物質的量n（FeO）=n（CO）=

2

35

mol，
所以FeO的轉化率為

2 35 mol ×72g/mol

7.2g

×100%=57.1%．
答：FeO的轉化率為57.1%．

點評：考查熱化學方程式、化學平衡計算等，難度中等，是對知識的綜合考查，注意（2）中按順序排列，掌握化學平衡三段式解題法的運用．