Question

【題目】鐵的冶煉與利用是學習和研究化學的重要課題。

Ⅰ．鐵的冶煉，豎爐煉鐵的工藝流程如圖1所示。

（1）“燃燒室”中CH4燃燒的作用是__

（2）寫出“還原反應室”中煉鐵的一個反應的化學方程式__。

（3）CH4與高溫尾氣中的CO2或H2O都能反應生成CO和H2，則16g CH4在催化反應室中完全反應后，理論上得到H2的質量（m）范圍是__。

Ⅱ．鐵的利用，利用鐵炭混合物（鐵屑和活性炭的混合物）處理含有Cu(NO3)2，Pb(NO3)2和Zn(NO3)2的銅冶煉廢水。在相同條件下，測量總質量相同、鐵的質量分數不同的鐵炭混合物對水中重金屬離子的去除率，實驗結果如圖2所示。

（1）鐵炭混合物中鐵的質量分數為100%時，水中的Cu2+、Pb2+能被除去、而Zn2+不能被除去，其原因是__。

（2）鐵炭混合物中鐵的質量分數為0時，也能除去水中少量的重金屬離子，其原因是__。

（3）處理效果最好時，鐵炭混合物中的鐵的質量分數為__。

Answer 1

【答案】甲烷燃燒放出大量的熱，提供冶煉鐵需要的高溫條件3H2+Fe2O3高溫2Fe+3H2O

或3CO+Fe2O3高溫2Fe+3CO24g<m<6g鐵比銅、鉛活潑，但比鋅弱，所以鐵可以除去銅離子、鉛離子，但不能除去鋅離子碳單質也能將某些金屬離子還原50%

【解析】

I（1）甲烷燃燒放出了大量的熱，能夠給煉鐵提供熱量，同時生成了二氧化碳和水，提供了生產合成氣的原料，所以“燃燒室”中CH4燃燒的作用是：燃燒產生熱量、做生產合成氣的原料；

（2）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，化學方程式為：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；

（3）甲烷和二氧化碳反應生成氫氣的質量為x

CH4+CO22CO+2H2

16 4

16g x

=

x=4g

甲烷和水反應生成氫氣的質量為y

CH4+H2OCO+3H2

16 6

16g y

=

y=6g

所以理論上得到H2的質量（m）范圍是4g<m<6g；

II（1）鐵炭混合物中鐵的質量分數為100%時，水中的Cu2+、Pb2+能被除去、而Zn2+不能被除去，原因是：鐵的金屬活動性排在鋅的后面；

（2）鐵炭混合物中鐵的質量分數為0時，也能除去水中少量的重金屬離子，原因是：活性炭對銅離子和鉛離子具有吸附性；

（3）由圖2中的數據可知，處理效果最好時，鐵炭混合物中的鐵的質量分數為：50%。