Question

某工廠用含氧化鐵75%（質量分數）的赤鐵礦和一氧化碳為原料煉鐵（假設雜質不參加反應）．在煉鐵過程中，為了使赤礦石充分反應，通入了過量的一氧化碳．這些這量的一氧化碳也可以看成是“不參加反應的雜質”．若反應后排出的氣體中一氧化碳的質量分數為10%．試計算：
（1）氧化鐵（Fe ₂O ₃）的式量
（2）該煉鐵過程中所用原料赤鐵礦石和一氧化碳的質量比
（3）為了得到生鐵，煉鐵過程需要除去礦石中的部分雜質．如果不除去雜質，反應后所得的產品中雜質的質量分數將會是多少？（結果可用分式表示）

Answer 1

解：（1）Fe₂O₃的（式量）相對分子質量=56×2+16×3=160
（2）設赤鐵礦石的質量為x
Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂
160 84 112 132
75%x
依題意得，反應后排出的氣體中一氧化碳的質量為×=
則煉鐵過程中所用一氧化碳的總質量為+=
所以該煉鐵過程中所用的原料赤鐵礦石和一氧化碳的質量比為x：=80：37
（3）如果不除去雜質，反應后所得的產品中雜質的質量分數反應為×100%=32.3%
解法二：
（2）設赤鐵礦石的質量為160t，參加反應的CO的質量為x，生成的Fe的質量為y，CO₂的質量為z．
3CO+Fe₂O₃2Fe+3CO₂
84 160 112 132
x 160t×75% y z
===
x=63t，y=84t，z=99t
依題意得，反應后排出的氣體中一氧化碳的質量=99t×=11t
故煉鐵過程中所用一氧化碳的總質量=63t+11t=74t
所以該煉鐵過程中所用原料赤鐵礦石和一氧化碳的質量比為160t：74t=80：37
（3）如果不除去雜質，反應后所得的產品中雜質的質量分數應為×100%=32.3%
答：（1）氧化鐵的式量為160；
（2）該煉鐵過程中所用原料赤鐵礦石和一氧化碳的質量比為80：37；
（3）如果不除去雜質，反應后所得的產品中雜質的質量分數將會是32.3%．
分析：（1）根據物質的化學式，計算氧化鐵的相對分子質量即式量；
（2）通過假設鐵礦石的質量，利用反應的化學方程式中各物質的質量關系，由參加反應氧化鐵的質量求得反應消耗一氧化碳的質量及生成二氧化碳的質量；由反應后排出的氣體中一氧化碳的質量分數為10%，可計算出反應后氣體中一氧化碳的質量，參加反應一氧化碳與剩余一氧化碳質量和即該煉鐵過程中所用一氧化碳的質量；
（3）如果不除去雜質，反應后所得的產品中雜質的質量即所用鐵礦石中雜質的質量，再由反應的化學方程式由氧化鐵的質量求得所煉得鐵質量，即可完成反應后所得的產品中雜質的質量分數．
點評：反應后的氣體為一氧化碳和二氧化碳的混合氣體，由混合氣體中二氧化碳的質量計算出其中一氧化碳的質量是解答本問題的一個難點．