Question

某工廠用含氧化鐵75%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的赤鐵礦和一氧化碳為原料煉鐵（假設(shè)雜質(zhì)不參加反應(yīng)）．在煉鐵過程中，為了使赤礦石充分反應(yīng)，通入了過量的一氧化碳．這些這量的一氧化碳也可以看成是“不參加反應(yīng)的雜質(zhì)”．若反應(yīng)后排出的氣體中一氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%．試計算：
（1）氧化鐵（Fe₂O₃）的式量
（2）該煉鐵過程中所用原料赤鐵礦石和一氧化碳的質(zhì)量比
（3）為了得到生鐵，煉鐵過程需要除去礦石中的部分雜質(zhì)．如果不除去雜質(zhì)，反應(yīng)后所得的產(chǎn)品中雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會是多少？（結(jié)果可用分式表示）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)式，計算氧化鐵的相對分子質(zhì)量即式量；
（2）通過假設(shè)鐵礦石的質(zhì)量，利用反應(yīng)的化學(xué)方程式中各物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，由參加反應(yīng)氧化鐵的質(zhì)量求得反應(yīng)消耗一氧化碳的質(zhì)量及生成二氧化碳的質(zhì)量；由反應(yīng)后排出的氣體中一氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，可計算出反應(yīng)后氣體中一氧化碳的質(zhì)量，參加反應(yīng)一氧化碳與剩余一氧化碳質(zhì)量和即該煉鐵過程中所用一氧化碳的質(zhì)量；
（3）如果不除去雜質(zhì)，反應(yīng)后所得的產(chǎn)品中雜質(zhì)的質(zhì)量即所用鐵礦石中雜質(zhì)的質(zhì)量，再由反應(yīng)的化學(xué)方程式由氧化鐵的質(zhì)量求得所煉得鐵質(zhì)量，即可完成反應(yīng)后所得的產(chǎn)品中雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答：解：（1）Fe₂O₃的（式量）相對分子質(zhì)量=56×2+16×3=160
（2）設(shè)赤鐵礦石的質(zhì)量為x
Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂
160   84       112  132
75%x
依題意得，反應(yīng)后排出的氣體中一氧化碳的質(zhì)量為

10%

1-10%

×

132×75%x

160

=

11x

160

則煉鐵過程中所用一氧化碳的總質(zhì)量為

84×75%x

160

+

11x

160

=

74x

160

所以該煉鐵過程中所用的原料赤鐵礦石和一氧化碳的質(zhì)量比為x：

74x

160

=80：37
（3）如果不除去雜質(zhì)，反應(yīng)后所得的產(chǎn)品中雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)反應(yīng)為

(1-75%)x

(1-75%)x+ 112×75%x 160

×100%=32.3%
解法二：
（2）設(shè)赤鐵礦石的質(zhì)量為160t，參加反應(yīng)的CO的質(zhì)量為x，生成的Fe的質(zhì)量為y，CO₂的質(zhì)量為z．
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂
84   160       112 132
x  160t×75%      y   z

84

x

=

160

160t×75%

=

112

y

=

132

z

x=63t，y=84t，z=99t
依題意得，反應(yīng)后排出的氣體中一氧化碳的質(zhì)量=99t×

10%

1-10%

=11t
故煉鐵過程中所用一氧化碳的總質(zhì)量=63t+11t=74t
所以該煉鐵過程中所用原料赤鐵礦石和一氧化碳的質(zhì)量比為160t：74t=80：37
（3）如果不除去雜質(zhì)，反應(yīng)后所得的產(chǎn)品中雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為

160t×(1-75%)

160t×(1-75%)+84t

×100%=32.3%
答：（1）氧化鐵的式量為160；
（2）該煉鐵過程中所用原料赤鐵礦石和一氧化碳的質(zhì)量比為80：37；
（3）如果不除去雜質(zhì)，反應(yīng)后所得的產(chǎn)品中雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將會是32.3%．

點評：反應(yīng)后的氣體為一氧化碳和二氧化碳的混合氣體，由混合氣體中二氧化碳的質(zhì)量計算出其中一氧化碳的質(zhì)量是解答本問題的一個難點．