Номер 1, страница 343 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 72. Производство чугуна. Глава 7. Химическая технология - номер 1, страница 343.

Условие.

1. В чём заключается химическая сущность процесса? Подтвердите ответ уравнениями химических реакций.

Решение.

Решение 2.

1. Поскольку в вопросе не указан конкретный процесс, в качестве примера рассмотрим один из важнейших промышленных химических процессов — доменное производство чугуна.

Химическая сущность доменного процесса заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав железной руды (агломерата или окатышей), до металлического железа. Основным восстановителем в этом процессе является оксид углерода(II) ($CO$), который образуется непосредственно в доменной печи из кокса.

Процесс подтверждается следующими основными уравнениями химических реакций:

1. Горение кокса и образование восстановителя. В нижней части печи (в фурменной зоне) кокс (углерод) сгорает в потоке горячего воздуха, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла, необходимое для протекания всех реакций:

   $C + O_2 \rightarrow CO_2$

   Далее, поднимаясь вверх, горячий диоксид углерода реагирует с раскаленными слоями кокса, восстанавливаясь до оксида углерода(II). Этот оксид является главным восстановителем железа в доменном процессе.

   $CO_2 + C \leftrightarrow 2CO$

2. Восстановление железа из оксидов. Оксид углерода(II), поднимаясь по шахте печи, вступает в реакцию с оксидами железа, постепенно (ступенчато) восстанавливая их при разных температурах:

   При температуре 400–600 °C происходит восстановление высшего оксида железа(III) до магнетита:

   $3Fe_2O_3 + CO \rightarrow 2Fe_3O_4 + CO_2$

   При более высоких температурах (600–800 °C) магнетит восстанавливается до оксида железа(II):

   $Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2$

   Наконец, при температурах выше 800 °C происходит восстановление оксида железа(II) до металлического железа:

   $FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2$

   В самых горячих зонах печи (выше 1000 °C) также происходит прямое восстановление железа углеродом кокса:

   $FeO + C \rightarrow Fe + CO$

3. Образование шлака для удаления примесей. В руде содержатся примеси (пустая порода), например, диоксид кремния $SiO_2$. Для их удаления в печь добавляют флюс — известняк ($CaCO_3$). При высокой температуре известняк разлагается:

   $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$

   Образовавшийся основный оксид кальция ($CaO$) реагирует с кислотным оксидом кремния, образуя легкоплавкий шлак (силикат кальция). Шлак легче расплавленного чугуна, он покрывает его поверхность, защищая от окисления, и выводится из печи отдельно.

   $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$

Таким образом, химическая сущность доменного процесса — это совокупность окислительно-восстановительных реакций, в результате которых железо восстанавливается из руды, и реакций образования шлака для отделения пустой породы.

Ответ: Химическая сущность процесса (на примере доменной плавки) заключается в восстановлении оксидов железа до металлического железа с помощью оксида углерода(II) и углерода, а также в удалении примесей из руды путем их перевода в шлак. Этот процесс подтверждается уравнениями реакций горения кокса ($C + O_2 \rightarrow CO_2$), образования восстановителя ($CO_2 + C \rightarrow 2CO$), ступенчатого восстановления железа из его оксидов ($3Fe_2O_3 \rightarrow 2Fe_3O_4 \rightarrow 3FeO \rightarrow Fe$) и образования шлака ($CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$; $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$).