8.3 金属资源的利用和保护（原卷版）

8.3\o"8.3金属资源的利用和保护"金属资源的利用和保护（原卷版）考点直击考点直击典例分析＋变式训练典例分析＋变式训练考点1一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁是一个非常重要的典型实验，具体的有关内容如下：

1、化学反应方程式是Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2。

2、实验装置如图所示：．

3、实验步骤是：（1）反应前，先通一段时间一氧化碳，然后再加热（目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气，防止一氧化碳与其中的空气混合后，被点燃发生爆炸）；（2）反应后，先撤走并熄灭酒精灯，等固体冷却后再停止通一氧化碳（目的是防止石灰水倒吸到玻璃管内，使其炸裂；也为了使固体冷却，防止刚还原出来的铁再次被氧化）。

4、实验现象是红棕色的粉末逐渐变为黑色粉末，澄清石灰水逐渐变浑浊（如果点燃尾气，能够燃烧并发出蓝色火焰）．

5、尾气处理：由于一氧化碳有毒，如果直接排放到空气中，会造成污染；所以在有关一氧化碳的实验时，都需要注意尾气的处理，常用点燃或收集的方法：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。6、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）【典例1-1】实验室里，用如图所示装置还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质．关于该实验，下列说法错误的是（）A．实验时，先加热，再通入一氧化碳 B．为了减少空气污染，应增加尾气处理装置 C．实验结束时，应该先熄灭酒精灯，然后一直通一氧化碳，直到玻璃管冷却 D．实验时，试管中澄清的石灰水变浑浊，证明该反应有二氧化碳生成【典例1-2】某同学使用如图所示装置进行一氧化碳与氧化铁反应的实验，请回答有关问题：（1）网罩的作用是。（2）实验前先通入一段时间CO气体的目的是。（3）请写出A装置中发生反应的化学方程式：。【变式1-1】利用如图所示实验装置模拟工业炼铁。下列说法正确的是（）A．反应前后Fe元素的化合价由+2价变为0价 B．充分加热，a处固体由黑色变为红色 C．b处可以用澄清石灰水检验生成的CO2 D．可用水吸收尾气中的CO【变式1-2】如图为CO还原Fe3O4并检验气体产物的微型装置图，已知甲酸（HCOOH）具有挥发性，在热的浓硫酸中分解生成一氧化碳和水，则W形管B处发生反应的化学方程式为；NaOH固体的作用是；处理尾气的一种方法是（任写一条即可）。考点2铁和常见金属的冶炼方法一、铁的冶炼：1、常见的矿石：赤铁矿:主要成分Fe2O3；磁铁矿:主要成分Fe3O4；铝土矿:主要成分Al2O3；2、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。二、常见金属的冶炼方法主要有以下5种：

1、电解法，主要使用于金属活动顺序表中钠至铝之间的金属的冶炼；例如，钠的冶炼：2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑；镁的冶炼：MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑；铝的冶炼：2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑；

2、热还原法，主要使用于金属活动顺序表中锌至铜之间的金属的冶炼；例如（1）用H2作还原剂（优点：得到的金属较纯，污染小，但价格较贵），如H2+CuO≜Cu+H2O；（2）用C（焦炭、木炭）、CO作还原剂（火法冶金；缺点：易混入杂质，污染空气），如C+2CuO2Cu+CO2↑、CO+CuO≜Cu+CO2，C+ZnOZn+CO↑（我国是世界上冶炼锌最早的国家，明朝宋应星在《天工开物》一书中有记载），3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑、3CO+Fe2O32Fe+3CO2；（3）用Al作还原剂（铝热剂）冶炼难熔的金属，如2Al+Fe2O32Fe+Al2O3；（4）用Na、Mg等活泼金属作还原剂冶炼Ti等现代的有色金属，即4Na+TiCl4（熔融）Ti+4NaCl、2Mg+TiCl4（熔融）Ti+2MgCl2（钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料）；

3、加热法（即用加热其氧化物或锻烧其硫化物的方法），主要使用于Hg、Ag等不活泼金属的冶炼；如：2HgO≜Hg+O2↑、HgS+O2≜Hg+SO2↑、2Ag2O≜4Ag+O2↑；

4、置换法（湿法冶金），即根据金属的活动性顺序表的应用，利用排在金属活动性顺序中前面的金属把排在后面的金属从其盐溶液里置换出来；例如，Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；2Al+3CuSO4=Al2（SO4）3+3Cu；

5、物理提取法，主要使用于提取Pt、Au等极不活泼的金属，由于它们在自然界中以单质形式存在，且密度很大，用多次淘洗法去掉矿粒、泥沙等杂质，便可得到。【典例2-1】工业用赤铁矿炼铁，相关说法正确的是（）A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4 B．高炉中焦炭的作用只是利用其燃烧提供热量 C．产品生铁的含碳量比钢小 D．石灰石主要作用是将矿石中的二氧化硅转变成炉渣【典例2-2】（1）请在方框内填入相应物质的化学式。（2）写出步骤①②③的化学方程式：①C+O2CO2；②CO2+C2CO；③3CO+Fe2O32Fe+3CO2；【变式2-1】下列变化过程不属于金属冶炼的是（）A．电解氧化铝 B．铁在氧气中燃烧 C．金属氧化物与焦炭在高温下反应 D．高温下CO还原CuO【变式2-2】工业上用闪锌矿（主要成分是ZnS、FeS）冶炼锌，主要流程如图：焙烧炉中，ZnS转化为ZnO．2ZnS+3O2═2ZnO+2SO2（1）酸浸渣的主要成分是铁酸锌（ZnFe2O4），其中铁元素的化合价为，铁酸的化学式。（2）酸浸渣的主要成分是铁酸锌（ZnFe2O4）。底吹炉中，主要发生如下反应：①3ZnFe2O4+C2Fe3O4+3ZnO+CO↑②ZnFe2O4+CO2FeO+ZnO+CO2③在高温条件氧化锌和一氧化碳反应生成锌蒸汽。反应①～③中，化合价发生改变的元素有，写出反应③的化学方程式。考点3金属锈蚀的条件及金属的防护

1、金属锈蚀的条件是金属要与水、空气中氧气或二氧化碳等接触；初中阶段主要是指金属铁的锈蚀条件，即铁与氧气、水同时接触就会生锈；2、防止铁制品生锈（即铁锈蚀的防护）的常用措施主要有如下：

（1）用完铁制品后及时擦洗干净，置于干燥的环境，保持其表面的洁净、干燥；

（2）在铁制品表面涂上一层保护膜；例如，机械零件等表面涂油，家用电器、自行车车架、钢窗等表面刷漆，等等；

（3）在铁制品表面进行烤蓝、煮黑等处理（使其表面形成一层致密的四氧化三铁薄膜）；例如，锯条、链条等；

（4）在铁制品表面镀上一层其他金属；例如，自行车车把、钢圈以及门把手和水龙头等表面上，经常镀锌、锡或铬等；

（5）改变铁制品的内部结构，将其制成不锈钢等合金。【典例3-1】如图，通过实验探究铁钉锈蚀的条件。下列说法不正确的是（）A．①中甲、乙、丙三处比较，生锈最明显的地方是丙 B．②中使用煮沸的蒸馏水，目的是除去水中的氧气 C．②中植物油的作用是隔绝空气，③中氯化钙的作用是作干燥剂 D．①②③对比实验，得出结论：铁生锈的主要条件是与空气、水直接接触【典例3-2】金属材料在生产、生活中应用广泛。（1）生铁和钢都是铁的合金，其性能不同的原因是。（2）钢铁器件喷上油漆，目的是为了防止铁与和发生反应而生锈。（3）老师带领同学们利用数字化手持技术探究久置空气中的金属铝和稀盐酸反应时密闭容器内压强和温度随时间变化的关系（如图）。①由图可知时间为s点时铝和稀盐酸反应完全。②在0～50s时容器内压强没有明显变化的原因是（用化学方程式表示）。③CD段压强下降的原因是。【变式3-1】证据推理是化学学科核心素养的重要内容，下列推理正确的是（）A．铁生锈需要氧气，所以金属的生锈都需要氧气 B．金刚石和石墨都是由碳元素组成的，所以金刚石和石墨性质都相同 C．化学变化一定伴随着能量的改变，所以有能量改变的变化一定是化学变化 D．面粉和蔗糖灼烧后都得到黑色物质，因此它们是同种物质【变式3-2】如图是一种太阳能电池板示意图，回答下列问题：（1）图中有标号的材料中，属于金属材料的是（填标号，下同），含有非金属单质的是。（2）图中使用了两种合金。合金与纯金属相比，有许多优良性能，如：（写出1点即可）。（3）“铜丝导线”若长时间裸露在空气中，则表面会出现一层铜绿（化学式为[Cu2（OH）2CO3]），它是铜与空气中的O2、H2O、（填化学式）共同反应的产物。铜绿在加热条件下会分解生成三种氧化物，请写出铜绿分解的化学反应方程式：。（4）推广使用太阳能电池的意义是：（写出1点即可）。考点4金属的回收利用和金属资源的保护一、金属的回收利用及其重要性

金属的回收利用是指将一些废弃的金属材料通过不同的渠道汇集起来，再加工再利用，如图所示：

2、金属的回收利用的重要性表现在以下两个方面：

（1）节约能源：回收利用废旧金属，不仅可以节约金属资源；而且还可以节约冶炼金属时所用到的大量的煤等化石燃料和铁矿石等矿石资源；

（2）减少污染：回收利用废旧金属，不仅可以减少金属废弃后形成的镉、汞等引起的水和土壤污染，以及人和动植物的危害；而且还可以减少重新冶炼这些金属时燃烧燃料和生产过程形成的空气污染等）。二、金属资源的保护

金属资源的保护主要有以下四种措施：

1、减缓或防止金属的腐蚀，常用的方法有：（1）用完铁制品后及时擦洗干净，置于干燥的环境，保持其表面的洁净、干燥；（2）在铁制品表面涂上一层保护膜．例如，机械零件等表面涂油，家用电器、自行车车架、钢窗等表面刷漆，等等；（3）在铁制品表面进行烤蓝、煮黑等处理（使其表面形成一层致密的四氧化三铁薄膜）．例如，锯条、链条等；（4）在铁制品表面镀上一层其它金属．例如，自行车车把、钢圈以及门把手和水龙头等表面上，经常镀锌、锡或铬等；（5）改变铁制品的内部结构，将其制成不锈钢等合金。

2、回收利用废旧金属，这样不仅可以节约金属资源，而且还可以减少对环境的污染；

3、有计划、合理地开采矿物，严禁不顾国家利益的乱采矿；

4、寻找金属的代用品，例如，现在经常用塑料来代替钢和其它合金制造管道、齿轮和汽车外壳等。【典例4-1】下列有关资源和能源的叙述中正确的是（）A．石油炼制时，将石油分解可得到不同的产品，使石油得到综合利用 B．金属的回收利用是保护金属资源的一项措施，世界上已有90%以上的铁得到回收利用C．我国金属资源种类比较齐全，矿物储量也很丰富，可以随便开采 D．使用最多的金属材料是钢铁【典例4-2】三星堆遗址青铜面具亮相2022年央视春晚。（1）与纯铜相比，青铜（铜锡合金）的优良性能有（写一种即可）。（2）我国的青铜文化历史悠久。在汉代许多著作里有记载“石胆（主要成分为硫酸铜）能化铁为铜”，有关反应的化学方程式为。（3）铜制品长期暴露在空气中能与空气中的O2、H2O及反应生成铜锈【主要成分是Cu2（OH）2CO3】。【变式4-1】下列关于资源、能源的叙述正确的是（）A．地球上的总水储量很大，淡水储藏量也很大 B．防止金属锈蚀，是保护金属资源的途径之一 C．空气是一种宝贵的资源，其中氧气含量最多 D．可燃冰是纯净物，可以直接大量开采【变式4-2】大连湾海底隧道的建设需大量钢材。（1）自然界中的铁元素主要以（“单质”或“化合物”）的形式存在。（2）生铁和钢是两种铁合金，从组成上看，二者的不同。用一氧化碳和赤铁矿炼铁的化学方程式为。（3）铁制品涂油能防锈的原理是。回收利用废旧金属的目的之一是。课堂巩固训练课堂巩固训练一、选择题。1．（2021•湘潭）下列实验现象的描述，正确的是（）A．红磷在氧气中燃烧产生大量白雾 B．硫在氧气中燃烧产生微弱的淡蓝色火焰 C．铁丝在空气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体 D．一氧化碳高温还原氧化铁，红棕色粉末逐渐变为黑色2．（2021秋•沈河区期末）如图进行一氧化碳还原氧化铁的实验，以下分析错误的是（）（已知：①铁粉、四氧化三铁、氧化亚铁均为黑色，且四氧化三铁具有磁性；②氧化铁反应过程受温度影响是逐步进行的Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe）A．实验时需要先通入一氧化碳一段时间，才能点燃酒精喷灯 B．B处石灰水用来检验并吸收二氧化碳 C．C处点燃酒精灯的作用是处理尾气防止空气污染 D．当A处固体变黑且被磁铁吸引，说明发生了Fe2O3+3CO2Fe+3CO2的反应3．（2021秋•虎林市期末）炼铁的主要原料是（）A．石灰石、焦炭、生铁 B．焦炭、氯酸钾、二氧化锰 C．石灰石、焦炭、铁矿石 D．铁矿石、氧气、二氧化锰4．（2021•岳阳模拟）西汉时期已经发现湿法冶铜的方法是（）A．氢气还原氧化铜 B．木炭还原氧化铜 C．一氧化碳还原铜 D．铁从铜盐溶液中置换出铜5．（2021•邵阳模拟）下列金属制品最易锈蚀的是（）A．铁制农具擦洗干净后长期存放在室外 B．长期放置后表面变暗的铝制品 C．经常在表面涂油的大型钢制机械 D．涂上防锈漆后的“辽宁”号航母舰体外壳6．（2021•秀英区校级一模）如图实验，放置1﹣2周时间后，装置中能出现的现象是（）A．铁丝不变化B．试管中的液面不变化 C．铁丝逐渐消失D．试管中的液面上升7．（2021•邵阳）2021年5月29日，“天舟二号”的成功发射彰显了中国航天的力量，在航天科技中会用到大量金属材料。下列有关金属材料的说法错误的是（）A．黄铜的硬度比纯铜的大 B．生铁的含碳量比钢的高 C．生锈的铁制品没有回收价值 D．铝合金被广泛用于火箭、飞机、轮船等制造业8．（2022•荆门模拟）关于金属的说法中。错误的是（）A．大多数合金的抗腐蚀性能，比组成它们的纯金属要好 B．铁制品比铝制品更容易锈蚀，是因为铁的金属活动性比铝强 C．铜的化学性质不活泼，但铜放置在潮湿的空气中也会被腐蚀 D．锡制成锡箔是利用了锡具有的良好的延展性二、填空题。9．（2022•洛阳二模）如图是某兴趣小组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，是因为。（2）反应过程中长直玻璃管中发生反应的化学方程式为。（3）实验中B装置的作用是。10．（2022春•萧县月考）已知某金属X有下列相关信息：①它的主要矿物的化学成分是X2O3；②它主要通过热还原法冶炼而成；③它的年产量居于金属之首。（1）据此推断X是：。（2）冶炼时需要加入焦炭，焦炭所起的作用是：、。（3）工业炼铁炼出的产品是（填“纯铁”、“生铁”或“钢”），检验产物中有铁的方法是。11．（2022•宜昌模拟）钛（Ti）是航空、军工、电力等领域的重要原材料。地壳中的含钛矿石之一是金红石（主要成分是TiO2），是冶炼钛的重要原料。目前大规模生产钛的方法是（流程如图所示）：（1）第一步：使TiO2与C混合，再通入Cl2，在高温条件下反应，制得TiCl4和CO。请写出该步反应的化学方程式；（2）第二步：在氩气的气流中，高温下用过量的Mg和TiCl4发生置换反应制得钛。写出该步反应的化学方程式：。12．（2021秋•新抚区期末）化学为5G助力。（1）芯片是5G时代的关键元器件。制造芯片的单晶硅的结构类似于金刚石，则构成单晶硅的粒子是（填“分子”“原子”或“离子”）。（2）基站供电系统的导线多为铜线，使用铜是因为它具有和导电性。（3）承载基站的铁塔表面涂漆，是为了隔绝和水，从而防止锈蚀。（4）使用人造金刚石薄膜做基体材料，是未来芯片研究的发展方向，金刚石与石墨物理性质有明显差异的原因是。13．（2021•新宁县模拟）为充分利用资源，全国各地都在试行垃圾分类回收，有以下生活垃圾：①纸盒；②铝质易拉罐；③雪碧塑料饮料瓶；④铜导线；⑤镀锌自来水管可以作为同一类回收的是（填编号），它们属于（填“金属”、“非金属”）12．（2021秋•广饶县校级月考）金属材料在生产、生活中有着广泛的应用．（1）目前世界上已有50%以上的废钢铁得到回收利用，其目的是．A．节约金属资源B．合理开采矿物C．防止钢铁生锈（2）为防止家里用的菜刀生锈，你可以采取的措施是．（3）将洁净的铁钉放入稀盐酸的中，观察到溶液变浅绿色，有无色气泡逸出．写出发生反应的化学方程式．三、计算题。15．（2021•丹东）工业上用赤铁矿石（主要成分是氧化铁）与一氧化碳在高温条件下冶炼生铁。现有400t含氧化铁80%的赤铁矿石。求：（1）该矿石中氧化铁的质量。（2）该矿石能冶炼出含杂质4%的生铁的质量。（计算结果精确到0.1）四、推断题。16．A﹣G是初中化学中常见的物质，其相互反应及转化关系如图所示。部分反应条件省略。已知A是易于人体血红蛋白结合的有毒气体，B是赤铁矿的主要成分，C是相对分子质量最小的氧化物，F是最轻的气体。（1）G的化学式为。（2）反应③的实验现象是。（3）写出相应的化学方程式：①