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1、专题10 探究铁的冶炼实验1.一氧化碳还原氧化铁实验：（氧化铁是铁锈主要成分，为红色，还原出来的铁粉是黑色）炼铁原理：_Fe2O33CO2Fe3CO2_。用磁铁矿炼铁的化学方程式是Fe3O4+4CO3Fe+4CO2。ABC氧化铁（1）A管现象：红色固体变成黑色，发生的化CO学方程式为Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2。BA（2）B处现象：石灰水变浑浊，发生的化学方程澄清的石灰水式为 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O。点燃（3）C处现象：燃烧发出蓝色火焰，放出热量，发生的化学方程式为2CO+O22CO2。（4）在本实验中，B装置作用是证明反应生成CO2并除去CO2；C装置的作用：防
2、止有毒的CO污染空气。（5）尾气的处理方法有点燃、用气球收集、用排水法收集。（6）实验开始时要注意先通入验纯的CO一会儿再加热，目的是排净装置内空气，防止CO与空气混合遇明火而爆炸。实验结束时要注意先停止加热继续通入CO直到冷却为止；目的是防止很热的铁被氧化。（7）在此实验中，证明还原出铁的方法：物理方法是用磁铁吸引，有物质被吸引说明生成了铁，化学方法是向固体中滴加稀盐酸，产生气泡则证明生成了铁。(2)实验注意事项：先通入一氧化碳气体，目的是_排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热后，发生爆炸_；实验完毕后要继续通入一氧化碳气体，直到玻璃管冷却，一是_防止高温下的铁与空气接触，被氧化为氧
3、化铁_，二是还可_防止澄清石灰水倒吸_；尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，所以尾气要_收集或点燃_，以防止直接排放污染空气。2.工业炼铁(1)设备：_高炉_；(2)原料：_铁矿石_、_焦炭_、_石灰石_、_空气_；(3)反应原理：赤铁矿炼铁原理_Fe2O33CO2Fe3CO2_；磁铁矿炼铁原理Fe3O44CO3Fe4CO2_(4)用化学方程式表示，高炉中如何产生一氧化碳：_CO2CO2_，_CCO22CO_。(5)产品：_生铁_。(6)石灰石的作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣除去。(7)炼铁拓展：菱铁矿成分是FeCO3，用它炼铁的缺点是含铁量低；黄铁矿主要成分是FeS2，用它炼铁的缺点是含铁
4、量低且会产生二氧化硫污染空气(8)高炉煤气中含氮气、稀有气体、CO2、CO、烟尘等，其中大气污染物是CO、烟尘。1工业上炼铁炼钢和轧制钢材的主要流程如下图：已知：生铁的含碳量为2%4.3%，钢的含碳量为 0.03%2%。（1）反应：Fe2O3+3CO2Fe+3CO，Fe2O3+3C2Fe+3CO。属于置换反应的是_，用于高炉炼铁的原理是_（填序号）。（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是_。（3）热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是_。炉渣中含有硅酸钙（CaSiO3)，其中硅元素的化合价是_。（4）炼钢炉中，通入纯氧的目的是_。将钢锭轧成钢板，体现了金属的_性。（5）钢铁
5、制品可能会生锈，写出用稀硫酸除锈反应的化学方程式：_。【答案】（1）（2）增大反应接触面积，加快反应速率（3）N2+4（4）使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中碳含量延展（5）Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O【解析】（1）一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应。故选；高炉炼铁是利用一氧化碳还原氧化铁，故选。（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率。（3）空气的主要成分是氮气和氧气，但氮气不参与炼铁的反应。故热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是N2；CaSiO3中Ca显+2价，O显-2价，则
6、Si的化合价为0-（-2）3-（+2）=+4。（4）生铁中含有较多的碳，碳与氧气能反应生成二氧化碳。故炼钢炉中，通入纯氧的目的是使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中碳含量；将钢锭轧成钢板，体现了金属的延展性。（5）硫酸与氧化铁反应生成硫酸铁和水。化学方程式为Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O。2学习了金属矿物及其冶炼后，同学们设计了两组实验装置，请回答：（1）铁元素在自然界中分布很广，氧化铁是 （填写铁矿石名称）的主要成分。如图1是用一氧化碳还原氧化铁粉末的实验装置，反应一段时间后，观察到玻璃管中的氧化铁粉末逐渐变成 色，装置B中的现象是 ，虚线框内装置的作用是 （填字母序
7、号）。a吸收二氧化碳 b消耗一氧化碳 c检验一氧化碳（2）如图2是用适量木炭粉还原氧化铁粉末的实验装置，写出反应的化学方程式： ，试管口部略向下倾斜的原因是 。反应一段时间后，装置C中澄清石灰水无现象的原因是 （用化学方程式表示）。同学们发现一氧化碳和二氧化碳的组成元素相同，但性质有所不同。以下说法正确的是 （填字母序号）。a一氧化碳不能与水反应，二氧化碳能与水反应b一氧化碳和二氧化碳的分子结构不同c一氧化碳和二氧化碳都可以作气体肥料d一氧化碳和二氧化碳都可以作还原剂【答案】（1）赤铁矿 黑 澄清的石灰水变浑浊 b（2）3C+2Fe2O34Fe+3CO2 防止冷凝水倒流、炸裂试管 2NaOH+
8、CO2Na2CO3+H2O ab【解析】（1）氧化铁是赤铁矿的主要成分；一氧化碳具有还原性，在高温的条件下，一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，所以玻璃管中的氧化铁粉末逐渐变成黑色，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水，所以装置B中澄清的石灰水变浑浊；尾气中含有有毒的一氧化碳气体，为了防止排放到空气中造成污染，所以将尾气点燃处理；（2）在高温的条件下，碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：3C+2Fe2O34Fe+3CO2；给试管中的固体加热时，为防止冷凝水倒流、炸裂试管，所以试管口应略向下倾斜；装置B中的氢氧化钠溶液能与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，化学方程式为：2NaOH+
9、CO2Na2CO3+H2O，所以装置C中澄清石灰水无现象；a一氧化碳不能与水反应，二氧化碳能与水反应，选项说法正确；b一氧化碳和二氧化碳的分子结构不同，选项说法正确；c一氧化碳不能作气体肥料，二氧化碳可以作气体肥料，选项说法错误；d一氧化碳具有还原性，可以作还原剂；二氧化碳没有还原性，不能用作还原剂，选项说法错误。1下列有关工业炼铁的叙述中，不正确的是（） A炼铁用的设备是高炉B炼铁的原料是焦炭、石灰石、铁矿石C炼铁最终得到的生铁是混合物D炼铁所用的铁矿石中铁元素的质量分数：赤铁矿(Fe2O3)磁铁矿(Fe3O4)【答案】D【解析】炼铁所用的铁矿石中铁元素的质量分数：赤铁矿(Fe2O3)FeC
10、u，验证Mg、Fe、Cu三种金属的活动性顺序，可以将打磨好的铁丝分别放入少量的硫酸镁和硫酸铜的溶液中，铁与硫酸镁不反应，无明显现象，说明MgFe，铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，观察到有红色固体析出，溶液由蓝色变为浅绿色，说明FeCu，故可以验证三种金属的活动性顺序；（2）赤铁矿的主要成分是氧化铁，属于混合物；还原反应室中发生的反应：氢气还原氧化铁生成铁和水，一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，属于置换反应的是：；甲烷燃烧放出热量，为还原氧化铁提供热量；从流程图可以看出，二氧化碳和水可以循环利用，该工艺的优点还有节约能源、污染少、生成的铁纯度更高等。14金属材料与我们的生活息息相关。（1）20
11、20年向老战士颁发的“中国人民志愿军抗美援朝出国作战70周年”纪念章使用了紫铜胎镀金、银材质。选择铸造纪念章的材料不需要考虑的因素是 （填序号）。A、金属的导电性 B、金属的耐腐蚀性 C、金属的硬度 D、金属的价格如果使用纯铜材质，在潮湿的空气中会生成“铜绿”（Cu2(OH)2CO3），铜绿是铜与空气中的二氧化碳、氧气和 （填化学式）缓慢反应的结果。（2）武汉抗疫期间修建火神山、雷神山两座方舱医院，用到了大量铝合金材料，请写出铝制品耐腐蚀的原因 。（3）某化学兴趣小组想从含有Al2(SO4)3、CuSO4的废液中回收金属铜，设计流程如图：过滤操作中用到的玻璃仪器有哪些？ 请写出中发生反应的化学
12、方程式。 （4）如图为实验室模拟炼铁的装置。实验室模拟炼铁时要先通入一氧化碳，然后开始加热，为什么？该实验中总共发生了多少个化学反应？现取用含氧化铁80%的赤铁矿200t铁，最多可得到铁的质量是多少？【答案】（1）A；H2O （2）铝能与空气中氧气形成一层致密氧化膜，保护内部金属不被腐蚀（3）漏斗、玻璃棒、烧杯；（4）解：一氧化碳是可燃性气体；实验室模拟炼铁时要先通入一氧化碳，然后开始加热是为了排净装置中空气，防止爆炸；该实验中还原氧化铁：一氧化碳在高温下和氧化铁反应生成二氧化碳和铁，检验二氧化碳：二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，尾气处理：一氧化碳和氧气在点燃的条件下生成二氧化碳，共
13、发生3个反应；反应前后元素种类质量不变，生成铁的质量等于氧化铁中铁元素质量： 200t80% 112t。【解析】（1）选择铸造纪念章的材料需要考虑B金属的耐腐蚀性、C金属的硬度 、D金属的价格，不需要考虑A金属的导电性，故答案为：A；反应前后元素种类不变；根据“铜绿”（Cu2(OH)2CO3）化学式可知，铜绿是铜与空气中的二氧化碳、氧气和水H2O共同缓慢反应的结果；（2）铝能与空气中氧气形成一层致密氧化膜，保护内部金属不被腐蚀；（3）过滤操作中用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯；铁的活动性大于铜而弱于铝；中发生反应为铁和硫酸铜生成铜和硫酸亚铁，；1（2022年湖南省衡阳市中考）炼铁的主要原料是
14、赤铁矿(主要成分是Fe2O3)、焦炭、空气、石灰石，转化过程如图： (1)在此转化过程中体现了焦炭的化学性质有_。(写一条即可)(2)中发生反应的化学方程式是_。(3)世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于其年产量的20%40%，请你写出一种防止铁制品锈蚀的方法_。【答案】(1)还原性或者可燃性(2)(3)刷漆（合理即可）【解析】(1)碳能在空气中燃烧、二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，说明碳具有可燃性、还原性。(2)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为(3)防止铁生锈是保护金属资源的一种有效途径，防止铁生锈的方法:涂油、刷漆、制成合金、镀一层金属等。2.（2
15、022年四川省泸州市中考）同学们观看央视发现走进科学节目后，对节目中介绍人类使用金属材料的年代及其背后的科学原理产生了兴趣，于是查阅A1、Cu、Fe、Ag四种金属元素的信息形成下表资料。元素编号金属材料使用的大致年代公元前7000年公元前4000年公元前2200年公元1827年在地壳中的含量/%0.0070.000014.757.73请回答相关问题。(1)我们的祖先很早就掌握了炼铜的工艺，最初他们将_（填化学式）和孔雀石（主要成分是Cu2（OH）2CO3）混合后加热就得到了红色的金属铜。(2)Al元素的单质是在电发现之后，通过电解A12O3才工业化生产的，则A1在表中的编号是_。(3)大家发现
16、金属材料使用年代的先后规律一般是：金属越活泼使用年代越迟。但上表中某元素因含量过低而出现了例外。综合分析，、元素依次是_。【答案】(1)C(2)(3)铜、银、铁【解析】(1)Cu2(OH)2CO3加热会得到氧化铜，要得到红色的金属铜，需要加入还原剂炭粉，碳和氧化铜高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学式为：C；(2)Al元素的单质是在电发现之后，故铝是四种元素中人类利用最晚的金属，故Al在表中的编号是；(3)金属活动性强到弱是铁、铜、银，铁在地壳中含量在金属中是第二位，故是铁，铜比银活泼，金属越活泼使用年代越迟，但银含量比铜低的多，上表中某元素因含量过低而出现了例外，故是铜，是银，故综合分析，、
17、元素依次是铜、银、铁。3（2022年四川省成都市中考）我国有着悠久的钢铁冶炼史，天工开物中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。资料：潮泥灰主要成分是石灰石。铁的熔点是1535。根据图文回答下列问题。(1)常见的铁矿石有赤铁矿和_(写一种)。(2)不断鼓入空气的目的是_。(3)炼铁炉中生成铁的化学方程式为_。(4)撒入潮泥灰主要作用是_。不断翻炒液态生铁，是为了降低_元素的含量。(5)钢的性能优良，如钢的熔点比纯铁_，易于加工。【答案】(1)磁铁矿（或菱铁矿）(2)提高炉温(3)(或)(4) 除杂 碳或C(5)低【解析】(1)常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿；(2)不断鼓入
18、空气的目的是为燃烧提供充足的氧气，使燃烧更加充分，为反应提供更高的温度；(3)赤铁矿的主要成分为氧化铁，磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，氧化铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，化学反应方程式为：；四氧化三铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，化学反应方程式为：；(4)潮泥灰的主要成分是碳酸钙，碳酸钙在炼铁过程中的主要作用是吸收反应中产生的杂质，产生炉渣，故撒入潮泥灰达到除杂的目的；铁的熔点是1535，则液态的生铁为温度很高，不断翻炒液态生铁，是为了让生铁中的碳与氧气接触燃烧，以达到降低碳元素含量的目的；(5)钢是铁与碳等物质形成的合金，合金的熔点比其中组成中的纯金属熔点低，故钢的熔点比
19、纯铁熔点低。4. （2022辽宁大连中考）早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。（1）用赤铁矿（主要成分是Fe2O3）和一氧化碳炼铁的化学方程式为_。（2）常见的铁合金有_和钢。医疗器械用不锈钢制而不用纯铁制是因为不锈钢具有_、_的性质。（3）铁制品锈蚀会造成金属资源的浪费，防止铁锈蚀可采用的方法之一是_；为了保护金属资源，除防止金属的腐蚀外，还可以采取的措施有_（写一条）。【答案】（1） （2） . 生铁 . 硬度大 . 耐腐蚀 （3） . 刷漆（合理即可） . 金属的回收利用、有计划、合理地开采矿物、寻找金属替代品【解析】（1）一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化
20、学方程式为：；（2）生铁和钢是常见的铁合金；不锈钢是铁的合金，合金比组成它的纯净物硬度大、耐腐蚀，故医疗器械用不锈钢制而不用纯铁制是因为不锈钢具有硬度大、耐腐蚀的性质；（3）铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，防止铁生锈，可以隔绝氧气和水，如刷漆；为了保护金属资源，除防止金属的腐蚀外，还有金属的回收利用、有计划、合理地开采矿物、寻找金属替代品等。5（2022湖南益阳中考）（4分）金属发现与使用的历史，体现了人们对其性质的认识和科技发展的水平。（1）我国早在春秋战国时期就开始使用铁器。铁制品长期暴露在空气中会发生锈蚀，原因是铁与空气中的水和 反应生成铁锈（主要成分是Fe2O3xH2O），Fe2O3中
21、铁元素的化合价是 ；（2）西汉时期，我国首开“湿法炼铜”之先河，其原理是Fe和CuSO4溶液的反应。写出该反应的化学方程式 ，该反应的基本类型是 。【答案】（1）氧气；+3。（2）Fe+CuSO4FeSO4+Cu；置换反应。【解析】（1）铁制品长期暴露在空气中会发生锈蚀，原因是铁与空气中的水和氧气反应生成铁锈（主要成分是Fe2O3xH2O），Fe2O3中氧元素化合价是2，根据化合物中元素化合价代数和为零可知，铁元素的化合价是+3。故答案为：氧气；+3。（2）铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，该反应的化学方程式是Fe+CuSO4FeSO4+Cu，反应物和生成物都是一种单质和一种化合物，该反应的基本类型是置换反应。故答案为：Fe+CuSO4FeSO4+Cu；置换反应。