Номер 2, страница 343 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 72. Производство чугуна. Глава 7. Химическая технология - номер 2, страница 343.

Условие.

2. Почему при восстановлении железа углем получается чугун, а не чистый металл?

Решение.

Решение 2.

2. При восстановлении железа из железной руды (состоящей в основном из оксидов железа) с помощью угля (в виде кокса) в доменной печи получается чугун, а не чистое железо, по нескольким взаимосвязанным причинам, обусловленным условиями самого процесса.

Процесс в доменной печи требует очень высоких температур, достигающих 2000°C в нижней части печи. Углерод (кокс) в этом процессе выполняет две ключевые роли:

1. Топливо: Сгорая в потоке горячего воздуха, кокс обеспечивает высокую температуру, необходимую для протекания реакций восстановления и для плавления образующегося железа.
2. Восстановитель: Углерод и, в большей степени, образующийся из него угарный газ (CO), восстанавливают железо из оксидов. Основные реакции восстановления выглядят так:
   $C + O_2 \rightarrow CO_2$
   $CO_2 + C \rightarrow 2CO$
   $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$

Ключевым моментом является то, что температура в печи превышает температуру плавления чистого железа (1538°C). Восстановленное железо стекает вниз по печи в жидком состоянии. В этих условиях расплавленное железо находится в постоянном контакте с раскаленным коксом, которого в печи всегда избыток.

Жидкое железо является очень хорошим растворителем для углерода. Поэтому, проходя через слои кокса, оно активно насыщается им. Концентрация углерода в расплаве достигает 3.5–4.5%. Этот сплав железа с высоким содержанием углерода и есть чугун.

Более того, образование чугуна даже технологически выгодно для доменного процесса. Растворение углерода в железе значительно понижает температуру плавления сплава (эвтектическая точка для системы Fe-C находится при 1147°C и 4.3% C). Это позволяет поддерживать металл в жидком, текучем состоянии при более низких температурах, что облегчает его накопление в горне печи и последующий выпуск. Чистое железо при этих же температурах было бы гораздо более вязким или даже твердым.

Таким образом, образование чугуна — это не недостаток, а естественный и неотъемлемый результат доменного процесса, обусловленный высокими температурами и использованием углерода в качестве топлива и восстановителя. Для получения стали с низким содержанием углерода чугун затем подвергают дальнейшей переработке (например, в кислородном конвертере), где избыточный углерод и другие примеси (кремний, марганец, фосфор) удаляются.

Ответ: В процессе доменной плавки железо восстанавливается при очень высоких температурах, при которых оно находится в жидком состоянии. Расплавленное железо контактирует с избытком раскаленного кокса (углерода) и активно растворяет его в себе. В результате образуется не чистый металл, а его высокоуглеродистый сплав — чугун.