Номер 7, страница 223 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. Предложите три способа получения железа из магнитного железняка.

Магнитный железняк — это железная руда, основным компонентом которой является минерал магнетит, имеющий химическую формулу $Fe_3O_4$ (оксид железа(II, III)). Получение чистого железа из этого оксида основано на реакциях восстановления. Ниже представлены три способа осуществления этого процесса.

1. Восстановление углеродом и оксидом углерода(II) (Доменный процесс)

Это основной промышленный способ получения железа (в виде чугуна) из железных руд. Процесс осуществляется в доменных печах при высоких температурах. В качестве восстановителей выступают кокс (углерод) и угарный газ (оксид углерода(II)), который образуется при неполном сгорании кокса. Восстановление магнетита происходит ступенчато.

Основные химические реакции:

Сначала магнетит восстанавливается до оксида железа(II):

$Fe_3O_4 + CO \xrightarrow{t} 3FeO + CO_2$

Затем оксид железа(II) восстанавливается до чистого железа угарным газом или раскаленным коксом:

$FeO + CO \xrightarrow{t} Fe + CO_2$

$FeO + C \xrightarrow{t} Fe + CO$

Суммарное уравнение реакции восстановления магнетита угарным газом выглядит так:

$Fe_3O_4 + 4CO \xrightarrow{t} 3Fe + 4CO_2$

Или при восстановлении непосредственно углеродом:

$Fe_3O_4 + 4C \xrightarrow{t} 3Fe + 4CO$

2. Алюмотермия

Это способ получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием при высокой температуре. Реакция является сильно экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества тепла. Этот метод используется для получения небольших количеств чистого железа, а также в термитной сварке.

Для проведения реакции смешивают порошок оксида железа(II, III) с порошком алюминия (так называемый термит) и поджигают. Алюминий, будучи более активным металлом, чем железо, восстанавливает его из оксида:

$3Fe_3O_4 + 8Al \xrightarrow{t} 9Fe + 4Al_2O_3$

В результате реакции образуется расплавленное железо и шлак из оксида алюминия.

3. Восстановление водородом

Этот метод позволяет получать очень чистое железо, так называемое губчатое железо. Процесс заключается в восстановлении железной руды газообразным водородом при нагревании. Этот способ является более экологически чистым по сравнению с доменным процессом, так как единственным побочным продуктом является вода.

Реакция восстановления магнетита водородом:

$Fe_3O_4 + 4H_2 \xrightarrow{t} 3Fe + 4H_2O$

Этот процесс лежит в основе технологии прямого восстановления железа (DRI - Direct Reduced Iron), которая получает все большее распространение в современной металлургии.

Ответ:

Три способа получения железа из магнитного железняка ($Fe_3O_4$):

1. Восстановление в доменной печи с использованием углерода (кокса) и оксида углерода(II) в качестве восстановителей ($Fe_3O_4 + 4CO \rightarrow 3Fe + 4CO_2$).

2. Алюмотермия — восстановление порошкообразным алюминием ($3Fe_3O_4 + 8Al \rightarrow 9Fe + 4Al_2O_3$).

3. Восстановление водородом с получением чистого губчатого железа ($Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$).