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；（7）处理方法：收集后集中处理，或工业生产中常用于制煤气。1、实验室用CO还原Fe2O3,实验前为什么先通一氧化碳？答：为了排净装置中的空气，防止加热时发生爆炸。2、实验室用CO还原Fe2O3时，如何处理尾气？答：尾气中含有一氧化碳要点燃或收集再利用。3、工业炼铁的实质是什么？答：利用一氧化碳的还原性，把铁从化合物中还原出来。4、高炉炼铁得到的产物是纯净物吗？答：不是。高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有C、P、S等元素。1、如图是模拟工业炼铁的实验，下列叙述正确的是()A．甲中的反应体现了CO具有氧化性B．甲中硬质玻璃管内红色固体变为银白色C．用乙装置可防止液体倒吸和防止CO污染空气D．实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却2、草酸钙(CaC2O4)受热分解的产物中可能含有CaCO3、CaO、CO或CO2，也可几种都有。用如图装置研究产物，下列说法不正确的是（）A．实验时，先加热CaC2O4，后加热Fe2O3B．装置②中红色固体变黑，说明分解产物中有COC．装置③中澄清石灰水变浑浊，说明分解产物中有CO2D．冷却后，取装置①中少量残留固体加入水，放热，证明有CaO生成3、大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，在以下四种矿石中，可用于炼铁的是（）A．赤铁矿（主要成分是Fe2O3） B．炉甘石（主要成分是ZnCO3） C．铝土矿（主要成分是Al2O3） D．赤铜矿（主要成分是Cu2O）4、用如图装置模拟炼铁，下列说法正确的是（）A．玻璃管中的反应属于置换反应 B．玻璃管中的粉末由黑色逐渐变红色C．该实验中若还原16g的氧化铁只需要8.4gCO D．该装置可以进行尾气处理5、科学兴趣小组的同学模拟工业炼铁原理，设计如图所示的实验。下列有关说法错误的是()A．实验开始先点燃酒精喷灯，再通入B．实验结束后，观察到有黑色固体被磁铁吸引C．关闭弹簧夹一段时间后注射器内的溶液变浑浊D．装置中气球的作用是收集尾气，防止污染空气6、人类文明进步与金属材料发展关系十分密切。下列有关金属材料的说法中，正确的是（）A．金属在常温下都是固体B．工业炼铁的原理是Fe2O3+3COeq\o\ac(\s\up7(高温),\o(===,====))2Fe+3CO2，该反应属于置换反应C．铁在潮湿的空气中比在干燥的空气中更容易生锈D．铝制品不易被锈蚀是因为铝不与氧气反应7、将一氧化碳和铁的氧化物FexOy置于密闭容器中，一定条件下充分反应。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（）A．m的值为19.6B．参加反应的铁的氧化物的质量为16gC．当CO2质量为4.4g时，容器内CO的质量为14gD．铁的氧化物中x:y=2:38、用如图装置（图中a处置于80℃热水浴中，夹持装置省略）模拟工业炼铁，已知甲酸（HCOOH）在热浓硫酸的作用下生成水和一氧化碳。下列说法不正确的是（）A．实验中应先滴加甲酸再点燃酒精喷灯B．实验中可观察到b处黑色固体变红，c处澄清石灰水变浑浊C．b处反应后称量固体发现固体质量减少D．实验中产生的尾气可用酒精灯点燃处理9、炼铁厂以赤铁矿、焦炭、石灰石、空气等为主要原料来炼铁，主要反应过程如图所示：请根据图示及所学知识判断下列说法错误的是（）A．工业炼铁的设备是高炉B．生成铁的主要反应是：CO+Fe2O3Fe+CO2C．生铁属于混合物D．焦炭的作用是提供热量和制取一氧化碳10、利用如图所示实验装置模拟工业炼铁(夹持仪器未画出)，下列说法正确的是（）A．实验开始时应先点燃酒精灯，再通入一氧化碳B．实验中观察到a处固体变黑，b处澄清石灰水变浑浊C．实验结束时为节约药品先停止通一氧化碳，再停止加热D．可用水吸收尾气中的一氧化碳，以防止污染空气11、内蒙古矿产资源丰富，某炼铁厂利用当地的煤炭和赤铁矿石作为高炉炼铁的主要原料，其主要反应过程如图所示(部分反应物、生成物及反应条件已略去)。据此回答问题：（1）A的化学式为。（2）用化学方程式表示一氧化碳炼铁的原理，实际上高炉炼得的铁是生铁，生铁属于(填“纯净物”或“混合物”)。（3）生铁等金属制品易锈蚀，请你列举一种防止铁制品锈蚀的方法。12、辉铜矿的主要成分为Cu2S（含少量Fe2O3、SiO2等杂质）。用辉铜矿冶炼铜的主要工艺流程如图所示：（1）铜用于制导线是因为铜具有良好的性。（2）“高温脱硫”阶段主要反应的化学方程式为Cu2S+2O2eq\o\ac(\s\up7(高温),\o(===,====))2X+SO2，X的化学式为。（3）“金属还原”阶段生成铜的化学方程式为。（4）“吹炼”过程中，杂质与空气中的氧气发生化合反应生成炉渣，参加反应的铁和氧气的质量比为（填最简整数比）。（5）下列有关说法正确的是。A．将辉铜矿磨细的目的是增大接触面积，使氧气充分反应B．“高温脱硫”阶段Cu2S发生了氧化反应C．“金属还原”阶段焦炭的作用是作还原剂和提供热量D．炉渣中FeSiO3里铁元素的化合价为+2价13、铁是一种常见的金属，也是目前世界上年产量最高的金属。下面归纳了初中化学有关铁的知识。（1）比较生铁和纯铁，其中硬度较大的是。（2）焦炭的主要成分是碳，在生铁冶炼过程中，焦炭参与了下列反应：①C＋O2eq\o\ac(\s\up7(高温),\o(===,====))CO2②C＋CO2eq\o\ac(\s\up7(高温),\o(===,====))2CO其中为冶炼生铁提供热量的反应是(填序号)。（3）物质甲的阳离子符号是。（4）若铁与物质乙反应时，火星四射，则生成物中固体的化学式是。（5）若固体为红色单质，则铁与物质乙反应的化学方程式是(任写一个)。14、春晚舞蹈《只此青绿》源于宋代名作《千里江山图》，它是我国传世名画之一，宋代画家王希孟创造性地将炭黑、赭石、孔雀石、蓝铜矿、赤铁矿等矿物颜料用在不同的画层。(1)画作用墨打底，保存千年而不变色，说明。(2)画作的青色用到蓝铜矿，其主要成分为，其中铜元素为+2价，则x=。(3)金属矿物质还常用来冶炼金属。实验有可用如图所示的装置模拟炼铁。Ⅰ、下列关于实验室用一氧化碳还原氧化铁的说法错误的是（填序号）。a、①中玻璃管中看到的现象是红色固体变为黑色b、该实验中有一个明显的错误，缺少尾气处理装置c、实验开始时，应该先加热预热玻璃管内氧化铁，再通入COd、①中玻璃管内发生的化学反应方程式为Ⅱ、写出②试管中发生的化学反应方程式。15、早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器，工业上炼铁的原理是利用一氧化碳和氧化铁的反应。某中学科学兴趣小组利用下图装置进行实验探究，请按要求填空：

A

B

C(1)除CO外，还有哪些物质可以还原Fe2O3（请写一种物质的化学式）。(2)实验中可观察到A中的现象是。玻璃管中发生的反应（填“属于”或“不属于”）置换反应。(3)右边导气管口放置点燃的酒精灯的作用是。(4)实验开始时要先通入CO的目的是。(5)按如图连接实验装置、检查装置的气密性、装药品、固定实验装置后，主要实验步骤有：①通入一氧化碳；②停止通入一氧化碳；③点燃酒精喷灯；④熄灭酒精喷灯；⑤验纯。正确的操作顺序是（填序号）。(6)实际生产中炼铁的原料铁矿石、焦炭、石灰石是从原料入口加入的，其中焦炭在高炉炼铁时的作用。(7)写出B、C三部分所发生反应的化学方程式：、。16、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：①潮泥灰主要成分是石灰石。②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(写一种)。(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。17、某小组采用图a所示实验装置探究CO还原Fe2O3时，出现了争论。甲同学观察到固体由红色变成黑色，推断黑色固体是Fe；乙同学提出质疑，认为黑色固体可能是Fe3O4，并查阅了资料：Fe3O4可被磁铁吸引，几乎不溶于稀的酸溶液。(1)制备CO的原理是：HCOOHeq\o\ac(\s\up11(浓H2SO4),\o(=====,======),\s\do4(△))CO↑+H2O（HCOOH在常温下为液态），图b所示三种气体发生装置中，可用于制备CO的是（填标号）。(2)若甲同学推断正确，反应的化学方程式为。(3)对乙同学提出的质疑进行分析和验证。①定量分析物质组成可知，该反应生成Fe3O4是合理的，理由是。②该小组通过对黑色固体进行检验，证明同时含有Fe3O4和Fe．检验的操作和现象是：取样于试管中，。(4)该小组为了探索CO还原Fe2O3与温度的关系，走访了某钢铁厂。工程师用SDTQ热分析仪对该反应进行研究，根据不同温度下所得固体的质量，推导对应的固体成分，结果如图。①用CO炼铁时，还原Fe2O3的温度应不低于℃。（填“400”“600”或“800”）②图中：x＝。③该小组查阅资料得知酒精灯加热温度为600℃左右，他们发现上述对黑色固体成分的检验结果与图像有矛盾，推测黑色固体在冷却过程中发生了以下反应：=Fe3O4+