Question

【題目】【化學―選修2：化學與技術】以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制取硫酸，其礦渣可用來煉鐵。生產工藝示意圖如下：

（1）配平煅燒硫鐵礦的反應方程式：______FeS2+________O2→_____Fe2O3+_____＿SO2。實際生產中向沸騰爐通入的空氣量要大于鍛燒硫鐵礦所需空氣量．其目的是____________________。接觸室和熱風爐中都裝有熱交換器，可用反應的余熱將通入的氣體加熱，這樣做的好處是_____________________。

（2）生產硫酸時，吸收塔中用98.3%的硫酸吸收而不用水吸收SO3的原因是______________。用含FeS280%的硫鐵礦生產硫酸，如果煅燒時有5%的硫損失，SO2轉變成SO3的轉化率為80%，那么生產98%的濃硫酸3噸，則需要這種硫鐵礦___________噸。

（3）CO還原Fe2O3的冶鐵過程中，反應物、生成物和溫度之間的關系如圖所示．

(圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四條曲線是四個化學反應平衡時的氣相組成對溫度作圖得到的；A、B、C、D四個區域分別是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe穩定存在的區域)

①冶煉高爐產生的高爐煤氣的主要成分有__________和剩余的CO。

②據圖分析，下列說法正確的是________(填字母)。

a．溫度低于570 ℃時，Fe2O3還原焙燒的產物中不含FeO

b．溫度越高，Fe2O3還原焙燒得到的固體物質組成中Fe元素的質量分數越高

c．Fe2O3還原焙燒過程中及時除去CO2有利于提高Fe的產率

③800℃時，混合氣體中CO2體積分數為40%時，Fe2O3用CO還原焙燒反應的化學方程式為____________。

Answer 1

【答案】（1）4、11、2、8提高FeS2的利用率(或使FeS2充分反應，2分）充分利用反應放出的熱量，降低生產成本；

（2）防止產生酸霧，使SO3能夠被充分吸收2.96；

（3）①N2、CO2 ②ac ③Fe2O3+CO2FeO+CO2

【解析】

試題分析：(l)FeS2中鐵元素由+2價升高到+3價，硫元素由-1價升高到+4價，FeS2共升高11價，O2共降低2×2=4價，根據電子得失守恒可配平得4FeS2+11O22Fe2O3 +8SO2；工業生產中要考慮經濟效益，故充分利用原料和充分利用能源都能夠降低生產成本。

(2)濃硫酸吸水會放出大量的熱，若用水吸收SO3會形成酸霧，降低吸收效率；根據反應前后硫元素守恒思想可列等式進行計算。設需要這種黃鐵礦的質量是x，則：

FeS2 2H2S04

120 98×2

x×80%×(1- 5%)×80% 3t×98%

所以120×3t×98%=x×80%×(1—5%)×80%×98×2，解得x=2．96（噸）；

(3)①由CO還原Fe2O3的冶鐵過程的反應物、生成物關系圖可知，高爐冶鐵過程中會有CO、CO2、Fe3O4、FeO、Fe等物質生成，另外通入的空氣中的氮氣不會參加反應，所以冶煉高爐產生的高爐煤氣的主要成分有N2、CO2和剩余的CO。

②a、由圖可知，FeO在C區穩定，對應的溫度高于570℃，a正確；b、鐵元素的質量分數由高到低為：Fe＞FeO＞Fe304＞Fe2O3，對于反應Ⅱ知，升高溫度時，C02體積分數減小，即升溫平衡逆向移動，FeO轉化成Fe3O4，鐵元素的質量分數減小，所以含量不僅與溫度有關，還與CO氣體的比例有關，b錯誤；c、分離CO2可使四個反應的平衡均正向移動，有利于Fe含量的增加，c正確。答案選ac；

③由圖可知，“800℃、CO2體積分數為40%”時，在C區，此時為FeO的穩定區域，故產物為FeO，反應的方程式是Fe2O3+CO2FeO+CO2。