1. Опишите производство чугуна по плану: а) сырье; б) устройство аппарата для производства; в) основные химические реакции, протекающие при производстве. Перечислите области применения чугуна. 2. Стальную проволоку массой 6 г сожгли в кислороде. При этом образовалось 0,1 г оксида углерода (IV). Какова массовая доля углерода в стали? (Ответ: 0,45%).

1. Производство чугуна

1. Сырье:
   • Железные руды (основной компонент — оксиды железа, например, гематит Fe₂O₃, магнетит Fe₃O₄).
   • Кокс (получаемый из каменного угля, является топливом и восстановителем).
   • Флюсы (например, известняк CaCO₃, доломит CaCO₃·MgCO₃), которые удаляют вредные примеси из руды в виде легкоплавких шлаков.
2. Аппарат для производства:

   Чугун выплавляют в доменной печи — высокой шахтной печи, разделенной на несколько зон с разной температурой.

3. Основные химические реакции:

   В доменной печи протекают следующие основные процессы:

   • Горение кокса:
   • \[ 2C + O_2 → 2CO \] (экзотермическая реакция, обеспечивающая высокую температуру).
   • Восстановление оксидов железа:
   • Наверху печи (при более низких температурах):
   • \[ 3Fe_2O_3 + CO → 2Fe_3O_4 + CO_2 \]
   • \[ Fe_3O_4 + CO → 3FeO + CO_2 \]
   • \[ FeO + CO → Fe + CO_2 \]
   • В нижней части печи (при высоких температурах):
   • \[ FeO + C → Fe + CO \]
   • Образование шлака:
   • \[ CaCO_3 → CaO + CO_2 \]
   • \[ CaO + SiO_2 → CaSiO_3 \] (взаимодействие оксида кальция с кремнеземом — примесью в руде).
4. Области применения чугуна:
   • Производство стали.
   • Изготовление отливок (детали машин, станины станков, радиаторы отопления, корпуса насосов, гильзы цилиндров).
   • Производство чугунных труб, сковород, котлов.

2. Расчет массовой доли углерода в стали

Дано:

• Масса стали = 6 г
• Масса CO₂ = 0,1 г

Решение:

Углерод в стали сгорает с образованием оксида углерода (IV):

\[ C + O_2 → CO_2 \]

Найдем молярную массу углерода (C) и оксида углерода (IV) (CO₂):

• M(C) = 12 г/моль
• M(CO₂) = 12 + 2 × 16 = 44 г/моль

По уравнению реакции, 1 моль C (12 г) образует 1 моль CO₂ (44 г). Найдем массу углерода, которая образовала 0,1 г CO₂:

\[ \frac{m(C)}{M(C)} = \frac{m(CO_2)}{M(CO_2)} \]

\[ m(C) = \frac{m(CO_2) × M(C)}{M(CO_2)} = \frac{0.1 × 12}{44} ≈ 0.027 × 2 ≈ 0.027 × 2 \]

Чтобы найти массовую долю углерода в стали, разделим массу углерода на массу стали и умножим на 100%:

\[ w(C) = \frac{m(C)}{m_{стали}} × 100\% \]

\[ w(C) = \frac{0.027 × 2}{6} × 100\% ≈ × ≈ 0.45 \% \]

Примечание: Расчет в условии задачи может отличаться из-за округления. При точном расчете: m(C) = (0.1 * 12) / 44 ≈ 0.02727 г. w(C) = (0.02727 / 6) * 100% ≈ 0.4545%.

Ответ: 0,45%