Номер 7, страница 344 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 72. Производство чугуна. Глава 7. Химическая технология - номер 7, страница 344.

Условие.

7. Напишите уравнения реакций, протекающих в доменной печи:

а) между газами и твёрдыми веществами;

б) между твёрдыми веществами.

Решение.

Решение 2.

Доменный процесс — это совокупность сложных физико-химических превращений, происходящих в доменной печи при выплавке чугуна из железной руды. Процесс включает множество реакций, протекающих при разных температурах и между веществами в разных агрегатных состояниях.

Решение

а) между газами и твёрдыми веществами

К этой группе относятся реакции восстановления оксидов железа газообразным восстановителем — оксидом углерода(II) ($CO$), а также реакция самого кокса с диоксидом углерода. Эти реакции протекают в средних и верхних, менее горячих зонах печи.

Восстановление железа (непрямое):

Восстановление происходит ступенчато, от высших оксидов к низшим, и затем к металлическому железу:

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

$Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2$

$FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2$

Образование восстановителя:

Углекислый газ, поднимаясь вверх по печи, реагирует с раскаленным коксом, образуя дополнительный оксид углерода(II) (реакция Будуара):

$C + CO_2 \rightarrow 2CO$

Ответ: $3Fe_2O_3 + CO \rightarrow 2Fe_3O_4 + CO_2$; $Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2$; $FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2$; $C + CO_2 \rightarrow 2CO$.

б) между твёрдыми веществами

В эту группу входят реакции прямого восстановления железа и других элементов твёрдым углеродом (коксом) при очень высоких температурах в нижней части печи, а также реакции образования шлака, необходимого для отделения пустой породы.

Прямое восстановление железа:

В самой горячей зоне печи (горне) железо восстанавливается непосредственно углеродом кокса:

$FeO + C \rightarrow Fe + CO$

Восстановление других элементов (примесей в чугуне):

$MnO + C \rightarrow Mn + CO$

$SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO$

$P_2O_5 + 5C \rightarrow 2P + 5CO$

Образование шлака:

Для связывания и удаления пустой породы (в основном $SiO_2$) в шихту добавляют флюс — известняк ($CaCO_3$). Он при нагреве разлагается до оксида кальция ($CaO$), который затем реагирует с оксидом кремния, образуя легкоплавкий силикат кальция (шлак).

$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$

Ответ: $FeO + C \rightarrow Fe + CO$; $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$; $MnO + C \rightarrow Mn + CO$; $SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO$.