钢铁工业是国民经济的重要基础产业，目前比较先进的天然气竖炉冶铁工艺流程如下图所示：（1）催...

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，目前比较先进的天然气竖炉冶铁工艺流程如下图所示：

（1）催化反应室发生的反应为：

ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 △H=+206kJ/mol

ⅱ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　 △H=+247kJ/mol。

① 催化反应室可能发生的副反应有CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，则该反应的△H=____。

② 催化反应室的温度通常需维持在550～750℃之间，从化学反应速率角度考虑，其主要目的是________。

③ 在催化反应室中，若两反应达到平衡时，容器中n(CH4)=0.2mol,n(CO)=0.3mol，n(H2)=0.5mol，则通入催化反应室CH4的起始物质的量为______mol（不考虑副反应）。

（2）还原反应室发生的反应为：

ⅰ.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　　 △H=-25kJ/mol

ⅱ.Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)　 △H=+98kJ/mol

① 下列措施中能使反应i平衡时增大的是______（填字母）。

A．增大压强　　 B．降低温度　　 C．充入一定量氮气　　 D．增加Fe2O3(s)用量

E．增大CO的浓度　　　　　　　　 F．加入合适的催化剂

②若在1000℃下进行反应1(该温度下化学反应平衡常数为64), CO起始浓度为量2mol/L(Fe2O3过量)，则CO的转化率为_______。

③天然气竖炉冶铁相对于传统焦炭冶铁，该冶铁工艺的优点是_________。

（3）铁钛合金是一种常用的不锈钢材料，某同学在探究该合金的性质时，往含有TiO2+、Fe3+溶液中加入铁屑至溶液显紫色，该过程发生的反应有：①2Fe3++Fe=3Fe2+

②Ti3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(无色)+Fe2++2H+

③________________。

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钢铁工业是国民经济的重要基础产业，目前比较先进的天然气竖炉冶铁工艺流程如下图所示：

（1）催化反应室发生的反应为：

ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　　 △H=+206kJ/mol

ⅱ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　 △H=+247kJ/mol。

① 催化反应室可能发生的副反应有CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，则该反应的△H=____。

② 催化反应室的温度通常需维持在550～750℃之间，从化学反应速率角度考虑，其主要目的是________。

③ 在催化反应室中，若两反应达到平衡时，容器中n(CH4)=0.2mol,n(CO)=0.3mol，n(H2)=0.5mol，则通入催化反应室CH4的起始物质的量为______mol（不考虑副反应）。

（2）还原反应室发生的反应为：

ⅰ.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　　 △H=-25kJ/mol

ⅱ.Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)　 △H=+98kJ/mol

① 下列措施中能使反应i平衡时增大的是______（填字母）。

A．增大压强　　 B．降低温度　　 C．充入一定量氮气　　 D．增加Fe2O3(s)用量

E．增大CO的浓度　　　　　　　　 F．加入合适的催化剂

②若在1000℃下进行反应1(该温度下化学反应平衡常数为64), CO起始浓度为量2mol/L(Fe2O3过量)，则CO的转化率为_______。

③天然气竖炉冶铁相对于传统焦炭冶铁，该冶铁工艺的优点是_________。

（3）铁钛合金是一种常用的不锈钢材料，某同学在探究该合金的性质时，往含有TiO2+、Fe3+溶液中加入铁屑至溶液显紫色，该过程发生的反应有：①2Fe3++Fe=3Fe2+

②Ti3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(无色)+Fe2++2H+

③________________。

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竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：

CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216 kJ/mol；

CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260 kJ/mol

（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是（    ）

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化反应室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄ 转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中平衡时，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=b mol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

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【化学——选修2　 化学与技术】选考（15分）高炉炼铁是钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。

（1）高炉炼铁的原料有铁矿、焦炭和石灰石，其中起熔剂作用的是　　　　　　　 ，目的是除去铁矿石中的脉石，其产物密度比铁　　　 ，所以在铁水的　　　　　 （填“上部”或“下部”）形成炉渣而与铁水分离。

（2）焦炭在高炉炼铁中起着举足轻重的作用，下列不属于焦炭作用的是　　　　 。

A．作为燃料，为炼铁中的化学反应提供能量

B．作为还原剂与二氧化碳反应产生还原氧化铁的一氧化碳

C．对高炉中的物料起到支撑和疏散的作用

D．除去铁矿石中的杂质

（3）高炉炼铁的污染非常严重，目前我国部分大城市中的钢铁厂借着搬迁的机会也在进行着工艺改进。高炉炼铁导致的环境污染有　　　　　　　　　　　 。

（4）写出以赤铁矿为原料进行高炉炼铁时与碳元素有关的氧化还原反应化学方程式： 　　　　 。

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目前，我国是最大的钢铁生产国，钢铁是国民经济的基础产业，铁及其化合物的应用也越来越广泛。回答下列问题:

(1)画出铁的原子结构示意图:______________。

(2)工业炼铁时常用CO还原铁矿粉，已知:

① Fe2O3(s) + 3CO(g)=2Fe(s)+ 3CO2(g)　　　　 △H=-24.8 kJ/mol

② Fe3O4(S)+CO(g)=-3FeO(g)+CO2(g)　　　　 △H= +19.4 kJ/mol

③ FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)　　　　　　　　 △H= -11.0 kJ/mol

则反应3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)的△H= ________。

(3)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) 反应温度与K的关系如右表:

恒温1000℃在体积为10L的恒容密闭容器中加入0.1molFe2O3和0.1molCO，气体混合物中CO2的体积分数φ(CO2)随时间t的变化关系如图所示。

①前 8minCO 的反应速率为_______；平衡时a=____。

②若再向平衡混合物中加入0.01molCO 和0.02molCO2，平衡_______移动；若要使平衡混合气中CO2的体积分数增大，下列措施可行的是_______(填标号)。

A.增大Fe2O3用量　　　 B.增大压强　　　 C.降低温度　　　 D.向容器中再充入少量CO

(4)纳米级的Fe3O4在催化剂、造影成像、药物载体、靶向给药等领域都有很好的应用前景，工业生产中常用“共沉淀法”来制备。将FeCl2和FeCl3按一定比例配成混合溶液，用NaOH溶液作为沉淀剂，在特定条件下即可制得纳米级的Fe3O4，反应的离子方程式是_____，在实际生产中Fe2+和Fe3+反应用量比常是2:3，甚至1:1，为什么?________。

(5)纳米铁粉可用于除去废水中的NO3-，反应的离子方程式为:4Fe+ NO3-+ 10H+=4Fe2++NH4++3H2O。研究发现，若pH偏低将会导致NO3－的去除率下降，其原因是________；若加入少量Cu2+，废水中NO3-的去除速率大大加快，可能的原因是_____________。

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利用焦炭或天然气制取廉价的CO和H₂，再用于氨合成和有机合成是目前工业生产的重要途径。回答下列问题：

（1）甲烷在高温下与水蒸气反应的化学方程式为：CH₄+H₂O      CO+3H₂。部分物质的燃烧热数据如下表：

已知1 mol H₂O(g)转变为1 mol H₂O(l)时放出44.0 kJ热量。写出CH₄和水蒸气在高温下反应的热化学方程式。

（2）500℃、50MPa时，在容积为V L的容器中加入1 mol N₂、3 molNH₃，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时CH₄的转化率为a。则K和a的关系是K＝。

（3）1,3―丙二醇是重要的化工原料，用乙烯合成1,3―丙二醇的路线如下：

某化工厂已购得乙烯11.2 t，考虑到原料的充分利用，反应②、③所需的CO和H₂可由以下两个反应获得：C+H₂OCO+H₂     CH₄+H₂OCO+3H₂

假设在生产过程中，反应①、②、③中各有机物的转化率均为100%。且反应②中CO和H₂、反应③中H₂的转化率都为80%，计算至少需要焦炭、甲烷各多少吨，才能满足生产需要？

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