Номер 1444, страница 224 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1444. В какой последовательности осуществляется восстановление оксидов железа при его промышленном получении:

а) $ \text{FeO} \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 \rightarrow \text{Fe}; $

б) $ \text{Fe}_3\text{O}_4 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{FeO} \rightarrow \text{Fe}; $

в) $ \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 \rightarrow \text{FeO} \rightarrow \text{Fe}; $

г) $ \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{FeO} \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 \rightarrow \text{Fe}? $

Решение

Промышленное получение железа, известное как доменный процесс, осуществляется в доменных печах. В качестве сырья используется железная руда, основным компонентом которой является оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), также известный как гематит. Процесс восстановления железа из его оксидов является ступенчатым и происходит в разных температурных зонах печи по мере опускания шихты (смеси руды, кокса и флюсов).

Восстановление происходит в следующей последовательности:

1. В верхней, менее горячей части печи (при температуре около 400-700°C) оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) восстанавливается оксидом углерода(II) ($CO$) до магнитного железняка ($Fe_3O_4$):

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

   В этой реакции степень окисления железа понижается с +3 до смешанной +2/+3 (в среднем +8/3).

2. При движении шихты вниз температура повышается (до 700-1000°C), и магнитный железняк ($Fe_3O_4$) восстанавливается дальше до оксида железа(II) ($FeO$), или вюстита:

   $Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2$

   Степень окисления железа понижается до +2.

3. В нижней, самой горячей части доменной печи (при температуре выше 1000°C) происходит окончательное восстановление оксида железа(II) ($FeO$) до металлического железа ($Fe$):

   $FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2$

   Также при этих температурах возможно прямое восстановление железа раскаленным коксом (углеродом):

   $FeO + C \rightarrow Fe + CO$

   Степень окисления железа понижается с +2 до 0.

Таким образом, общая последовательность восстановления оксидов железа выглядит следующим образом:

$Fe_2O_3 \rightarrow Fe_3O_4 \rightarrow FeO \rightarrow Fe$

Этот процесс представляет собой последовательное понижение степени окисления железа: +3 $\rightarrow$ +8/3 $\rightarrow$ +2 $\rightarrow$ 0.

Данная последовательность соответствует варианту ответа в).

Ответ: в) $Fe_2O_3 \rightarrow Fe_3O_4 \rightarrow FeO \rightarrow Fe$;