拓展3 金属冶炼（原卷版）

一、金属资源概述1、少数很不活泼的金属以单质形式存在，如金、银等。2、绝大多数金属以化合物形式存在，如Fe、Cu、Al等。3、常见的金属矿石及其主要成分金属矿石赤铁矿黄铁矿菱铁矿铝土矿黄铜矿辉铜矿主要成分Fe2O3FeS2FeCO3Al2O3CuFeS2Cu2S4、我国矿物储量居世界前列。5、人类每年要提取数以亿吨的金属用于工农业生产和其他领域，其中提取量最大的是铁。二、铁的冶炼1、实验室：一氧化碳还原氧化铁（实验仪器：酒精喷灯、直玻璃管、试管、玻璃导管、铁架台、胶塞、酒精灯）实验现象：A处B处C处实验现象红棕色粉末逐渐变成黑色澄清石灰水变浑浊产生蓝色火焰化学方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O2CO+O22CO2实验注意事项：（1）先通入CO一会儿，再给氧化铁加热；原因:排尽装置中的空气，防止加热CO与空气的混合气体发生爆炸。（2）停止加热，继续通人CO至玻璃管冷却；原因:防止生成的热的铁被空气再次氧化。（为减少CO的使用量，熄灭酒精喷灯后，可用弹簧夹将硬质玻璃管两侧的导管关闭，使铁在密闭装置中冷却）（3）尾气处理:①点燃，使CO变成无毒的CO2；②在导管末端系一个气球或用排水法将尾气收集起来。（4）酒精喷灯的作用是提供高温（如果用酒精灯，则加金属网罩，金属网罩可以集中火焰，提高温度）（5）澄清石灰水的作用：检验生成的二氧化碳。3、装置改进优点：节约药品优点：双管集气瓶既可以检验并吸收二氧化碳，还能收集多余的一氧化碳优点：节约能源，减少空气污染4、工业上炼铁设备：高炉（1）炼铁的原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气（2）反应原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（3）焦炭的作用：=1\*GB3①提供热量（C+O2CO2）；=2\*GB3②生成CO（C+CO22CO）（焦炭虽具有还原性，但是CO气体具有流动性，与铁矿石接触更充分）（4）石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅变为炉渣。（5）生产产物：生铁（具有较多杂质），密度大于炉渣，故出铁口在出渣口下方。（6）高炉气体的主要成分：N2、CO、CO2等；处理方法：收集后集中处理，或工业生产中常用于制煤气。1、下列矿石与其主要成分对应不一致的是（）A．磁铁矿—FeCO3 B．铝土矿—Al2O3C．赤铁矿—Fe2O3 D．黄铁矿—FeS22、下列有关模拟工业炼铁的叙述不正确的是（）A．炼铁用赤铁矿的主要成分是Fe3O4B．用燃着的酒精灯可防止CO污染空气C．硬质玻璃管中红色固体变为黑色D．实验过程中澄清石灰水变浑浊3、如图为氢气还原氧化铜的实验装置图，下列有关分析正确的是（）A．装置中试管口需略向下倾斜，主要是为了利于通入氢气B．在给试管内药品加热前，需先通氢气排尽试管内的空气C．待药品完全反应后，需同时撤去酒精灯和通氢气的导管D．该实验装置也可直接用于一氧化碳还原氧化铜的实验4、工业炼铁的部分反应如下所示，则（）O2→①+XCO2→②A．X可以是木炭B．X与CO都具有氧化性C．③反应后的尾气可直接排放D．Y中铁元素在自然界以单质存在5、用如图装置完成以下实验：

（1）探究燃烧条件：若B处盛放木炭。Ⅰ．先在A处通入氮气一段时间后，在B处加热B、C处没有明显变化；Ⅱ．待B处冷却至室温，在A处通入氧气一段时间后，B、C处没有明显变化；Ⅲ．在A处继续通入氧气，然后在B处加热，发现木炭燃烧，C处变浑浊。（2）模拟工业炼铁：若B处盛放氧化铁粉末。在A处通入一氧化碳一段时间后，B处下方用酒精喷灯加热。下列说法中正确的个数有（）①Ⅰ和Ⅲ对比，说明燃烧需要可燃物与氧气接触②Ⅰ和Ⅲ对比，说明氧气的化学性质比氮气活泼③Ⅱ和Ⅲ对比，说明燃烧需要温度达到可燃物的着火点④实验（2）中缺乏尾气处理装置⑤实验（2）中玻璃管内物质的质量在反应前后的减少量等于C中反应前后物质的质量的增加量A．5个 B．4个 C．3个 D．2个6、如图是某科学老师设计的一氧化碳还原氧化铁的实验装置。（1）在B装置的液面下降到安全线之前，不能加热氧化铁，这是因为。（2）反应结束后停止加热，继续通CO，此时B装置的作用是。7、如图是工业炼铁示意图，回答下列问题：(1)炼铁厂使用的炼铁设备叫；(2)炼铁时的还原性气体的化学式为；(3)炼出的生铁含碳量一般在范围内；(4)炼铁时使用石灰石，目的是除去矿石中的(填化学式)；(5)炼铁时，炉内的热量是来自于能转化而来。8、钢铁在生产生活中有广泛应用。工业用铁矿石炼铁，实验室也可模拟炼铁。Ⅰ．工业炼铁（1）工业炼铁的主要设备为。（2）上述设备中焦炭的作用，。Ⅱ．实验室模拟炼铁（3）实验室模拟炼铁的装置如图所示。①反应前先通一氧化碳的目的。②硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为。③该装置的缺陷是。（4）小华同学查阅资料得知：铁的氧化物除氧化铁外，其余均为黑色；而且除了铁能够被磁铁吸引外，四氧化三铁也能够被磁铁吸引；铁的氧化物均能和稀硫酸或稀盐酸反应生成相应的铁的化合物和水，没有气体生成；氧化铁转化为铁的具体过程是：Fe2O3Fe3O4FeOFe①小华认为：用磁铁来检验反应后生成了铁是不够科学的，他的依据是。②小华同学为了验证黑色的生成物中含有铁，他取少量黑色生成物样品于试管中，加入，如果观察到有产生，则生成物中一定有铁。1、工业上炼铁的原理是利用一氧化碳和氧化铁反应。某化学兴趣小组利用如图微型装置进行一氧化碳和氧化铁反应的实验。下列说法错误的是（）A．实验时应先点燃酒精喷灯，后将注射器内的一氧化碳推入硬质玻璃管中B．实验过程中观察到红棕色固体逐渐变黑C．实验中观察到滤纸条变红，说明有二氧化碳生成D．气球的主要作用是防止尾气逸出而污染空气2、某种铁的氧化物X与足量的CO充分反应，生成的气体被足量的澄清石灰水充分吸收，生成沉淀的质量与x的质量比为15：8，则X的成分可能是（）A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．FeO与Fe2O33、工业上把铁矿石、焦炭和石灰石一起投放高炉内，从下方通入热空气，最后得到生铁。下列说法中正确的是（）A．矿石中含铁就可用作炼铁原料 B．焦炭只起为反应提供还原剂作用C．所得生铁的含碳量在2%~4.3%之间 D．高炉气体主要含有一氧化碳和二氧化碳4、将CO和铁的氧化物FexOy置于密闭容器中，一定条件下充分反应至完全，反应过程中容器内部分物质的质量变化如图所示。下列说法正确的是（）B．铁的氧化物中x：y=1：1C．参加反应的铁的氧化物的质量为16gD．当CO25、利用甲酸（HCOOH）与浓硫酸制备CO，并用如下实验装置验证CO的有关性质。已知：，下列说法不正确的是A．操作时，先点燃乙处酒精灯，再滴加HCOOHB．装置丙的作用是防止倒吸C．装置丁既可检验CO2，又可收集COD．随着反应进行，浓硫酸浓度降低，产生CO气体速率减小6、下图为实验室利用一氧化碳还原氧化铁的装置图。请回答下列问题：

（1）请写出一氧化碳还原氧化铁的化学反应方程式，硬质玻璃管里的现象为，产物二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊，请写出该反应的化学反应方程式。

（2）尾气需要用酒精灯点燃的原因。7、生铁用途十分广泛。工业上利用赤铁矿主要成分是，还含少量等杂质冶炼生铁的过程如图：（1）生铁属于材料“合成”或“金属”。“高炉气体”中的填化学式会导致酸雨。（2）冶炼生铁的主要反应的化学方程式有：；；。8、在科学实验操作技能大赛中，小华同学用所学的科学知识迅速搭建了一套“模拟炼铁”的冶炼装置（铁矿石的主要成分为Fe2O3）（1）为确保制得较纯净的CO，还需在C、D间加装盛放（选填“碱石灰”或“氢氧化钠溶液”）的装置；（2）装置调整好以后，按照规范步骤进行实验，当观察到D装置出现：铁矿石颜色发生变化或时，证明铁矿石一定有部分被还原了。（3）实验结束时，在拆卸装置前得进行以下操作：先熄灭C、D中的酒精喷灯，待装置冷却后再停止滴加稀盐酸。目的是。（4）从提高能源利用率的角度出发，对E装置中排出的尾气应如何处理？。9、铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料，通常赤铁矿中铁含量高达50%﹣60%．现有一块铁矿石是红色的，同学们猜测岩石中可能含有氧化铁，为了验证猜想并测定其含铁量，在老师的指导下进行了以下研究：（查阅资料）①赤铁矿的主要成分是Fe2O3．其他成分不含铁元素且不能与酸反应。②一定温度下，CH4可将Fe2O3还原为单质铁，若温度控制不当，还可生成少量的Fe3O4。③单质铁和Fe3O4均能被磁铁吸引。（实验探究）(1)小明利用A装置进行试验时，连接好装置，检查装置气密性后的第一步操作是。(2)小明将A装置中得到的固体经过水洗、过滤、干燥处理后，再通过B装置进行试验，得出了岩石中含有氧化铁的结论，在此实验中能支持此结论的证据是。(3)计算岩石中氧化铁的质量分数，需要测量的量有。若B装置的固体含有一定量的Fe3O4，则会导致测得的岩石中氧化铁的质量分数比实际含量(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。(4)请你利用处理后的固体，CuSO4溶液、磁铁等试剂及用品，结合资料所给信息，设计实验证明其中是否含有Fe3O4。10、铜及其化合物在生产生活中有重要应用。某同学对铜及某些含铜物质进行探究。[温故如新]（1）在①CuO②Cu（OH）2③CuCl2④Cu2（OH）2CO3[也可表示为CuCO3·Cu（OH）2]这4种物质中，属于碱的有（填序号）：除①CuO外，其余3种物质在常温下易溶于水有（填序号）。（2）考古出土的春秋末期制造的青铜剑，历经2500余年，其表面且有一层薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。由此可知，青铜具有的特性有任写一条）。铜器表面的薄锈是铜与空气中的氧气、水、等物质发生反应所形成。[提出问题]除H2、CO能还原CuO外，是否还有其他气体能够还原CuO得到金属铜？怎样从含CuCl2、FeCl3的某工业废液中回收金属铜和FeCl2溶液？[查阅资料]a、通常状况下，氨气极易溶于水形成溶液；加热时，氨气能与CuO反应生成氮气和金属铜等，可用如图所示装置验证。b、在溶液中能发生反应2FeCl3+Fe=3FeCl2[进行实验1]（3）按图示连接装置，检查气密性后，加（通）入相关药品，后续操作均按规范要求进行，完成实验。①将CuO粉末装入玻璃管A中的具体操作方法是。②实验时，在试管B中能够观察到的现象是有液体出现，该液体是（填“纯净物”或“混合物”）。③从环保角度看该装置的不足之处是。[进行实验2]（4）取适量含CuCl2、FeCl3的某工业废液样品，向其中加入过量铁粉并充分反应后，过滤，将滤渣和足量（填“稀盐酸”或“稀硫酸"）充分反应，再（填操作名称）、洗涤、干燥即可回收