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课题3 金属资源的利用和保护
一、学习目标
1．知道常见的金属（铁、铝等）矿物；了解从铁矿石中将铁还原出来的方法
2．会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算
3．了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法
二、重难点
重点：铁的冶炼，以及有关铁的锈蚀以及防护的“活动与探究”
难点：化学方程式中有关杂质问题的计算，以及对铁的锈蚀防护的“活动探究“的结论的辨析归纳，从而得出铁生锈的条件，以及防锈的方法
三、考点精讲
（一）铁的冶炼
1.金属资源的存在
少数很不活泼的金属（如： 、 、 等）以 形式存在，其余金属都以 的形式存在。赤铁矿主要成分是 ，化学式 ；磁铁矿主要成分是 ，化学式 。
2.工业炼铁
（1）实验原理：化学方程式 ，
（2）实验装置：（见右图）
（3）实验现象：
。
（4）注意事项：
①实验开始时先 再 ，目的是 ，防止 。
②实验完毕后，先 ，要 ，目的是防止还 以及 。
③尾气的处理：用气球收集或者 ，防止 。
④用一氧化碳和磁铁矿炼铁的化学方程式：
⑤铁矿石炼铁的原料： 、 、石灰石。
焦炭的作用是 。
石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅转变为滤渣。
3.还原反应
含氧化合物中的氧被 的反应属于还原反应。常用的还原剂有 、 、 。
典型例题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
典型例题2：早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。某实验小组利用焦炭和Fe2O3模拟早期炼铁并检验可能的产物，实验装置如图：
【查阅资料】①铁粉为黑色；常温下，Fe、Fe2O3可被磁铁吸引；
②PbCl2溶液可用于检验CO，原理是：PdCl2+CO+H2O═Pd↓+CO2+2HCl；
③Fe3O4与硫酸反应：Fe3O4+4H2SO4═FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O。
【实验现象】澄清石灰水变浑浊，PdCl2溶液中产生黑色沉淀，玻璃管内粉末全部变成黑色。冷却后，用磁铁靠近黑色固体，黑色固体被部分吸引。
（1）仪器A的名称是　　。
（2）为了检验气体产物，装置从左到右的接口连接顺序为a→　　→　　→　 　→　 。
（3）澄清石灰水变浑浊的化学方程式为　　 。
【实验结论】反应生成CO和CO2，磁铁上的黑色固体可能是Fe、Fe3O4。
【提出猜想】磁铁上的黑色固体是什么？
猜想一：Fe
猜想二：Fe3O4
猜想三：Fe和Fe3O4
【设计实验】
设计思路 操作 现象 结论
定性实验 取少量黑色固体于试管中，加入足量稀硫酸，充分反应 固体完全溶解，产生气泡 猜想　 成立
定量实验 取一定质量的稀硫酸（足量）放入烧杯中，加入5.6g黑色固体，充分反应后称量溶液的质量 固体完全溶解，产生气泡，溶液增加的质量为　g。 猜想一成立
【归纳总结】根据实验结论和探究结果C与Fe2O3反应的化学方程式为　　。
【巩固提升】
1．下图是“一氧化碳与氧化铁反应”的部分实验装置，关于该实验说法正确的是（ ）
A. 充分反应后，向固体中加稀盐酸会产生气泡
B. 在实验过程中，黑色的粉末会逐渐变成红色
C. 该实验的反应原理为FeO+ CO高温Fe+ CO2
D. 在实验过程中，产生的尾气可以直接排放到空气中
【答案】A
【解析】A、生成的Fe能与盐酸反应生成氢气，有气泡，正确；
B、反应中红色的氧化铁变为黑色的铁，错误；
C、不符合客观事实，错误；
D、产生的尾气中含量未反应完的CO，有毒，需要进行尾气处理，错误。
2．冶炼金属需要考虑多方面因素：
（1）固体氧化镁或氯化镁加热至熔化后电解都能制得金属镁。从节能方面考虑，工业上选择了氯化镁，是因为这两种物质的 　 　（填物理性质）不同。
（2）①高炉炼铁选用铁矿石作为原料应考虎的因素有 　 　（写一点即可）。
②冶炼时将铁矿石粉碎的目的是 　 　。
③赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）炼铁的化学方程式为 　 　。
3．某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究（固定装置略）。
【查阅资料】CO能溶于铜液[醋酸二氨合铜（Ⅰ）和氨水的混合液]
（1）按如图连接装置A﹣E，在装入试剂前，先 　 　。
（2）写出装置B中反应的化学方程式 　 　。
（3）通入CO2一段时间后，先点燃 　 　处酒精喷灯（填“A”或“D”）。
（4）装置C中玻璃管的作用：　 　。
（5）反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象：　 　； 　 　。写出装置D中反应的化学方程式 　 　。
（6）某同学认为该装置有缺陷，需在装置E后再连接装置F，其目的是 　 　。装置E、F的接口连接顺序：a连接 　 　（填“b”或“c”）。
（二）金属资源保护
1.金属的锈蚀与防护
（1）钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的 、
等物质发生化学反应的结果。钢铁的成分和环境的 、 、 等都是影响钢铁锈蚀的因素。
实验时用煮沸并迅速冷却的蒸馏水的目的是 。
实验的现象：试管1中的铁钉 ，而试管2、3中的铁钉 。
（2）铁锈的主要成分是 ，化学式为 ，颜色为 色，是 。铁锈的结构 ，不仅不能阻止钢铁制品与空气和水的接触，还会把空气和水保留在铁制品的表面，进一步 。
（3）联系生活实际完成下列表
钢铁制品 具体防锈措施
自行车链条
不锈钢餐具
铁质栏杆
镀锌铁丝
2.金属资源保护
（1）除了防止金属锈蚀外，回收废旧金属既可以 ，又能 。
（2）保护金属资源应该是有 、 开采矿物，严禁不顾国家利益的乱开采。
（3）寻找金属的 。
典型例题3：实验研究铁锈蚀影响因素，记录如下。下列分析不正确的是（　　）
实验装置 序号 其他试剂 200s时O2的含量
① 干燥剂 21%
② 10滴水 15%
③ 10滴水和1.0g食盐 8%
A．②③中O2含量减少表明铁已锈蚀
B．①②证明水对铁锈蚀有影响
C．②③证明食盐能加快铁锈蚀
D．①②③证明炭粉对铁锈蚀有影响
典型例题4：下列说法错误的是（　　）
A．铁钉是由铁合金制成的
B．根据甲图，铁钉生锈过程中O2体积不变
C．根据甲图，铁钉在潮湿环境更容易生锈
D．根据乙图，铁钉生锈过程中温度升高
【巩固提升】
1．下列防止铁制品生锈的方法，不正确的是（ ）
A． 保持铁制品洁净、干燥 B． 在铁制品表面涂油
C． 在铁制品表面镀其他金属 D． 提高铁制品中的含铁量
2.利用铁粉、炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验（装置如图所示，装置气密性良好）。实验1min后温度计读数上升，8min后打开止水夹，水倒吸入锥形瓶。实验数据如下表：
实验前的体积 实验后的体积
锥形瓶内空气（含导管内空气） 烧杯内水 烧杯内剩余水
246.0mL 100.0mL 51.5mL
下列说法不合理的是（　　）
A．铁的锈蚀是放热反应
B．使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀
C．此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与
D．计算得出空气中氧气的含量约为19.7%
3.某学习小组对铁锈蚀进行探究。
【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？
【查阅资料】
1.氯化钙固体可作干燥剂。
2.一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应。
3.常温常压，氢气密度是dg/mL。
【设计与实验】
实验一：定性探究铁锈蚀的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行图1实验，现象如表1。
表1
试管 一周后现象
A 铁钉表面有一层铁锈
B 铁钉表面无明显变化
C 铁钉表面无明显变化
D 铁钉表面有较厚铁锈
（1）对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的 　　发生化学反应。
（2）对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与 　　有关。
（3）铁锈蚀后应及时除锈的原因是 　　。写出除铁锈的化学方程式 　　。
实验二：定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置，检查气密性，将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。
（4）据图3，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是 　　。
（5）据图4，对比AB段和BC段说明 　　，分析t3时刻压强突然变大的原因是 　　。
实验三：测定铁锈含量
将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得mg固体，连接图5装置，检查气密性，加入固体与足量稀盐酸进行实验。
（6）完全反应后，常温常压下测得生成气体体积为VmL，则该固体中铁锈质量分数表达式为 　　。
（7）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是 　　，解决方法是 　　。
【反思与评价】
（8）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 　　。
【课后练习】
1. 下列金属在自然界中以单质形式存在的是（　　）
A．钠 B．锌 C．铝 D．金
2. 碳在高温下可以和氧化铁反应，化学方程式可表示为3C＋2Fe2O3高温4Fe＋3CO2↑，下列说法中正确的是(　　)
A. 该反应属于分解反应
B. 反应中碳元素的化合价降低，铁元素的化合价升高
C. 碳是还原剂
D. 氧化铁是还原剂
3. 工业上煅烧硫铁矿用来生产硫酸，用X表示硫铁矿中的主要成分。煅烧反应的化学方程式为：4X + 11O2 2Fe2O3+ 8SO2，则x为（ ）
A. FeS2 B. Fe2S3 C. FeSO4 D. FeS
4. 下列物质中铁元素的质量分数最高的是（　　）
A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．Fe2(SO4)3
5. 铁在潮湿的空气里会发生锈蚀，证明氧气一定参加了反应必须要做的实验是（　　）
A．①② B．①③ C．②③ D．①②③
6. 下列说法不符合事实的是（　　）
A．钢铁生锈是缓慢氧化
B．铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁
C．铁锈的主要成分是四氧化三铁
D．及时擦干被雨淋湿的自行车可防止自行车生锈
7. 兰州市中山桥南侧的“将军柱”（铸造材质主要是铁），距今已有630年的历史，它与中山桥一起组成了“兰州铁路”一景，近日“将军柱”商标获得国家批准。
（1）“将军柱”表面已出现较多锈迹，其主要原因是铁与_________等物质共同作用的结果，生活中常用稀硫酸除去铁制品表面的铁锈，其反应的化学方程式为______________________________；
（2）废旧金属的回收利用是保护金属资源的重要途径，请你再写出一条保护和节约金属资源的有效方法或途径：___________。
8.钢铁、铝合金、铜制品等是应用广泛的金属材料。据估计，每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一。某校化学兴趣小组的同学探究金属腐蚀的原因，设计如下实验：
（1）如图，取一根约10cm的光亮铁钉放在自来水中，观察A、B、C三处的变化。
几天后，他们会发现__处最先出现铁锈，大家结合书本知识知道，铁在空
气中生锈实际是铁和__ _ 、_____等物质相互作用发生一系列复杂的
化学反应的过程。
（2）一同学联想到家里铜制餐具上有一层绿色物质，认为铜在空气中也会生锈。他们上网查阅资料，知道这种绿色物质的化学成分为Cu2(OH)2CO3(铜绿)。他们从铜绿组成和空气的成分大胆猜测，铜生锈除了与铁生锈条件相同外，还应该有CO2参加反应。
请写出铜在空气中生成铜绿的化学方程式______________。
（3）【查阅资料】孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，也可以表示成Cu CO3·Cu(OH)2。
与孔雀石相似，还有许多矿物可用xCu CO3·yCu(OH)2 (x、y都是正整数)表示，石青就是其中的一种。
【实验探究】为了验证石青的组成成分，他们设计了如下实验，请你共同参与探究。
【反思与拓展】
①确定步骤1中产生气体成分的实验方法是_________________________。
②根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和_______的质量，就可确定石青的化学式(即确定x、y的值)。
③防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面______________(任写一种方法)。
9. 物质的性质决定着物质在生产和生活中的用途。木炭和一氧化碳都具有还原性，都可用于冶炼金属。请根据下图回答有关问题。
(1)请写出下列反应的化学方程式：
①木炭还原氧化铜______________________；
②一氧化碳还原氧化铁________________。
(2)A、B装置中澄清石灰水的作用是________________________________。
(3)B装置最右端酒精灯的作用是________________________________。
(4)在A装置中，当观察到________________时，证明木炭粉末和氧化铜粉末已经完全反应
10. 某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁，假设杂质不含铁元素)来炼制生铁。若要炼制含铁96% 生铁63 t，假设在炼制过程中损失10%铁元素，则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是多少？课题3 金属资源的利用和保护
一、学习目标
1．知道常见的金属（铁、铝等）矿物；了解从铁矿石中将铁还原出来的方法
2．会根据化学方程式对含有某些杂质的反应物或生成物进行有关计算
3．了解金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法
二、重难点
重点：铁的冶炼，以及有关铁的锈蚀以及防护的“活动与探究”
难点：化学方程式中有关杂质问题的计算，以及对铁的锈蚀防护的“活动探究“的结论的辨析归纳，从而得出铁生锈的条件，以及防锈的方法
三、考点精讲
（一）铁的冶炼
1.金属资源的存在
少数很不活泼的金属（如：金、银、铂等）以单质形式存在，其余金属都以化合物的形式存在。赤铁矿主要成分是三氧化二铁，化学式Fe2O3；磁铁矿主要成分是四氧化三铁，化学式Fe3O4。
2.工业炼铁
（1）实验原理：化学方程式Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2，
（2）实验装置：（见右图）
（3）实验现象：
红色固体变为黑色，澄清石灰水变浑浊，导管末端产生蓝色火焰。
（4）注意事项：
①实验开始时先通CO再点燃酒精喷灯加热，目的是排出装置内的空气，防止加热时发生爆炸。
②实验完毕后，先撤除酒精喷灯，要继续通入CO至装置冷却，目的是防止还原生成铁粉在较高的温度下重新被氧化以及装置温度降低试管中的液体倒吸入直玻璃管而炸裂。
③尾气的处理：用气球收集或者用酒精灯点燃，防止CO污染空气。
④用一氧化碳和磁铁矿炼铁的化学方程式：4CO + Fe3O4高温3Fe + 4CO2
⑤铁矿石炼铁的原料：铁矿石、焦炭、石灰石。
焦炭的作用是提供热量并生成还原剂。
石灰石的作用：将矿石中的二氧化硅转变为滤渣。
3.还原反应
含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。常用的还原剂有一氧化碳、氢气、碳。
典型例题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
【答案】C
【解析】A、氧化铁中铁元素化合价是+3，反应后铁中铁元素化合价是0，错误；
B、氧化铁是红棕色固体，铁是黑色固体，充分加热，a处固体由红棕色变黑色，错误；
C、b处可以用澄清石灰水检验生成的CO2，正确；
D、一氧化碳难溶于水，不能用水吸收一氧化碳，错误。
典型例题2：早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。某实验小组利用焦炭和Fe2O3模拟早期炼铁并检验可能的产物，实验装置如图：
【查阅资料】①铁粉为黑色；常温下，Fe、Fe2O3可被磁铁吸引；
②PbCl2溶液可用于检验CO，原理是：PdCl2+CO+H2O═Pd↓+CO2+2HCl；
③Fe3O4与硫酸反应：Fe3O4+4H2SO4═FeSO4+Fe2（SO4）3+4H2O。
【实验现象】澄清石灰水变浑浊，PdCl2溶液中产生黑色沉淀，玻璃管内粉末全部变成黑色。冷却后，用磁铁靠近黑色固体，黑色固体被部分吸引。
（1）仪器A的名称是　　。
（2）为了检验气体产物，装置从左到右的接口连接顺序为a→　　→　　→　 　→　 。
（3）澄清石灰水变浑浊的化学方程式为　　 。
【实验结论】反应生成CO和CO2，磁铁上的黑色固体可能是Fe、Fe3O4。
【提出猜想】磁铁上的黑色固体是什么？
猜想一：Fe
猜想二：Fe3O4
猜想三：Fe和Fe3O4
【设计实验】
设计思路 操作 现象 结论
定性实验 取少量黑色固体于试管中，加入足量稀硫酸，充分反应 固体完全溶解，产生气泡 猜想　 成立
定量实验 取一定质量的稀硫酸（足量）放入烧杯中，加入5.6g黑色固体，充分反应后称量溶液的质量 固体完全溶解，产生气泡，溶液增加的质量为　g。 猜想一成立
【归纳总结】根据实验结论和探究结果C与Fe2O3反应的化学方程式为　　。
【答案】【实验现象】（1）酒精灯 （2）d e b c （3）CO2+Ca（OH）2＝CaCO3↓+H2O 【设计实验】一和三 5.4 【归纳总结】2C+Fe2O3△2Fe+CO↑+CO2↑（合理即可）
【解析】【实验现象】（1）仪器A是酒精灯。（2）根据澄清石灰水变浑浊，PdCl2溶液中产生黑色沉淀可知生成的气体中含有CO2和CO，在检验两个气体时，由于二氧化碳能溶于水，故需要先将气体通入澄清石灰水检验CO2，后通入PdCl2溶液检验CO，故装置连接顺序为a→d→e→b→c。（3）澄清石灰水变浑浊的原因是由于二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为：CO2+Ca（OH）2＝CaCO3↓+H2O。
【设计实验】取少量黑色固体于试管中，加入足量稀硫酸，充分反应，固体溶解并产生气泡，说明黑色固体中含有铁，故猜想一和猜想三成立；若猜想一成立，黑色固体全是铁，则5.6g的黑色固体全是铁，设5.6g铁与足量稀硫酸反应产生氢气的质量为x；
Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑
56 2
5.6g x
56/5.6g = 2/x
x＝0.2g
则溶液增加的质量为5.6g﹣0.2g＝5.4g。
【巩固提升】
1．下图是“一氧化碳与氧化铁反应”的部分实验装置，关于该实验说法正确的是（ ）
A. 充分反应后，向固体中加稀盐酸会产生气泡
B. 在实验过程中，黑色的粉末会逐渐变成红色
C. 该实验的反应原理为FeO+ CO高温Fe+ CO2
D. 在实验过程中，产生的尾气可以直接排放到空气中
【答案】A
【解析】A、生成的Fe能与盐酸反应生成氢气，有气泡，正确；
B、反应中红色的氧化铁变为黑色的铁，错误；
C、不符合客观事实，错误；
D、产生的尾气中含量未反应完的CO，有毒，需要进行尾气处理，错误。
2．冶炼金属需要考虑多方面因素：
（1）固体氧化镁或氯化镁加热至熔化后电解都能制得金属镁。从节能方面考虑，工业上选择了氯化镁，是因为这两种物质的 　 　（填物理性质）不同。
（2）①高炉炼铁选用铁矿石作为原料应考虎的因素有 　 　（写一点即可）。
②冶炼时将铁矿石粉碎的目的是 　 　。
③赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）炼铁的化学方程式为 　 　。
【答案】（1）熔点 （2）①考虑矿石中铁元素的含量或是否在冶炼过程中造成环境污染 （合理即可）；
②增大反应物之间的接触面积，加快反应速率或使之充分反应 ③3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2。
【解析】（1）固体氧化镁或氯化镁加热至熔化后电解都能制得金属镁。氧化镁的熔点高，熔融时需要消耗大量的能量，氯化镁的熔点低，易熔融。从节能方面考虑，工业上选择了氯化镁，是因为这两种物质的熔点不同。
（2）①高炉炼铁选用铁矿石作为原料应考虎的因素有：考虑矿石中铁元素的含量或是否在冶炼过程中造成环境污染等。
②冶炼时将铁矿石粉碎的目的是：增大反应物之间的接触，加快反应速率（或使之充分反应）。
③在在高温条件一氧化碳与氧化铁的反应生成了铁和二氧化碳，所以赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）炼铁的化学方程式为：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2。
3．某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究（固定装置略）。
【查阅资料】CO能溶于铜液[醋酸二氨合铜（Ⅰ）和氨水的混合液]
（1）按如图连接装置A﹣E，在装入试剂前，先 　 　。
（2）写出装置B中反应的化学方程式 　 　。
（3）通入CO2一段时间后，先点燃 　 　处酒精喷灯（填“A”或“D”）。
（4）装置C中玻璃管的作用：　 　。
（5）反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象：　 　； 　 　。写出装置D中反应的化学方程式 　 　。
（6）某同学认为该装置有缺陷，需在装置E后再连接装置F，其目的是 　 　。装置E、F的接口连接顺序：a连接 　 　（填“b”或“c”）。
【答案】（1）检查装置的气密性 （2）CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O （3）A （4）调节压强 （5）D中玻璃管内红色固体变成黑色 E中澄清的石灰水变浑浊 3CO+Fe2O3 高温2Fe+3CO2 （6）吸收一氧化碳
【解析】（1）按如图连接装置A﹣E，在装入试剂前，先检查装置的气密性；
（2）B中，二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，化学方程式为CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O；
（3）A中在高温的条件下，二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，一氧化碳具有可燃性，若一氧化碳不纯加热时可能会发生爆炸，所以通入CO2一段时间后，先点燃A处酒精喷灯，让产生的一氧化碳排净装置内的空气；
（4）装置C中玻璃管的作用是调节压强；
（5）在高温的条件下，一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2，实验中观察到D中玻璃管内红色固体变成黑色，E中澄清的石灰水变浑浊；
（6）该装置没有尾气处理装置，因为尾气中含有有毒的一氧化碳气体，直接排放到空气中会造成空气污染，因为CO能溶于铜液，所以可在E后连接F装置，用于吸收一氧化碳，尾气从长管进入。
（二）金属资源保护
1.金属的锈蚀与防护
（1）钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质发生化学反应的结果。钢铁的成分和环境的温度、湿度、酸碱性等都是影响钢铁锈蚀的因素。
实验时用煮沸并迅速冷却的蒸馏水的目的是除去水中溶解的氧气。
实验的现象：试管1中的铁钉生锈，而试管2、3中的铁钉无明显现象。
（2）铁锈的主要成分是氧化铁，化学式为Fe2O3，颜色为红褐色，是混合物。铁锈的结构疏松多孔，不仅不能阻止钢铁制品与空气和水的接触，还会把空气和水保留在铁制品的表面，进一步加速锈蚀。
（3）联系生活实际完成下列表
钢铁制品 具体防锈措施
自行车链条 涂油
不锈钢餐具 改变金属的组成和结构变成合金
铁质栏杆 刷漆
镀锌铁丝 镀上不易锈蚀的金属锌
2.金属资源保护
（1）除了防止金属锈蚀外，回收废旧金属既可以保护环境，又能节约资源和能源。
（2）保护金属资源应该是有计划、合理开采矿物，严禁不顾国家利益的乱开采。
（3）寻找金属的代用品。
典型例题3：实验研究铁锈蚀影响因素，记录如下。下列分析不正确的是（　　）
实验装置 序号 其他试剂 200s时O2的含量
① 干燥剂 21%
② 10滴水 15%
③ 10滴水和1.0g食盐 8%
A．②③中O2含量减少表明铁已锈蚀
B．①②证明水对铁锈蚀有影响
C．②③证明食盐能加快铁锈蚀
D．①②③证明炭粉对铁锈蚀有影响
【答案】D
【解析】A、铁粉锈蚀需要消耗氧气，所以②③中O2含量减少表明铁已锈蚀，正确；
B、①加入干燥剂后，铁粉不会锈蚀；②加入10滴水后，铁粉慢慢锈蚀，因此①②证明水对铁锈蚀有影响，正确；
C、②加入10滴水后，铁粉慢慢锈蚀；③加入10滴水和1.0g食盐，铁粉很快锈蚀，因此②③证明食盐能加快铁锈蚀，正确；
D、对比三个实验，并不能证明炭粉对铁锈蚀有影响。错误。
典型例题4：下列说法错误的是（　　）
A．铁钉是由铁合金制成的
B．根据甲图，铁钉生锈过程中O2体积不变
C．根据甲图，铁钉在潮湿环境更容易生锈
D．根据乙图，铁钉生锈过程中温度升高
【答案】B
【解析】A、铁钉是由铁合金制成的，正确；
B、铁生锈过程中，氧气和水、铁不断反应，因此氧气体积减少，错误；
C、根据甲图，铁钉在潮湿环境更容易生锈，正确；
D、根据乙图，铁钉生锈过程中温度升高，即铁生锈过程中放热，正确。
【巩固提升】
1．下列防止铁制品生锈的方法，不正确的是（ ）
A． 保持铁制品洁净、干燥 B． 在铁制品表面涂油
C． 在铁制品表面镀其他金属 D． 提高铁制品中的含铁量
【答案】D
【解析】A、保持铁制品洁净、干燥能够防止生锈，错误；
B、在铁制品表面涂油能够防止生锈，错误；
C、在铁制品表面镀其他金属能够防止生锈，错误；
D、提高铁制品中的含铁量不能防止生锈，正确。
2.利用铁粉、炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验（装置如图所示，装置气密性良好）。实验1min后温度计读数上升，8min后打开止水夹，水倒吸入锥形瓶。实验数据如下表：
实验前的体积 实验后的体积
锥形瓶内空气（含导管内空气） 烧杯内水 烧杯内剩余水
246.0mL 100.0mL 51.5mL
下列说法不合理的是（　　）
A．铁的锈蚀是放热反应
B．使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀
C．此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与
D．计算得出空气中氧气的含量约为19.7%
【答案】C
【解析】A、铁的锈蚀是放热反应正确，正确但不符合题意，错误；
B、使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀正确，正确但不符合题意，错误；
C、此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与错误，因为没有用控制变量法证明需要水，正确；
D、计算得出空气中氧气的含量＝（100.0Ml – 51.5mL）/246.0 mL ×100%≈19.7%，正确但不符合题意，错误。
3.某学习小组对铁锈蚀进行探究。
【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？
【查阅资料】
1.氯化钙固体可作干燥剂。
2.一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应。
3.常温常压，氢气密度是dg/mL。
【设计与实验】
实验一：定性探究铁锈蚀的因素
取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行图1实验，现象如表1。
表1
试管 一周后现象
A 铁钉表面有一层铁锈
B 铁钉表面无明显变化
C 铁钉表面无明显变化
D 铁钉表面有较厚铁锈
（1）对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的 　　发生化学反应。
（2）对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与 　　有关。
（3）铁锈蚀后应及时除锈的原因是 　　。写出除铁锈的化学方程式 　　。
实验二：定量探究铁锈蚀的因素
小组设计了图2装置，检查气密性，将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，t1时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。
（4）据图3，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是 　　。
（5）据图4，对比AB段和BC段说明 　　，分析t3时刻压强突然变大的原因是 　　。
实验三：测定铁锈含量
将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得mg固体，连接图5装置，检查气密性，加入固体与足量稀盐酸进行实验。
（6）完全反应后，常温常压下测得生成气体体积为VmL，则该固体中铁锈质量分数表达式为 　　。
（7）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是 　　，解决方法是 　　。
【反思与评价】
（8）与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是 　　。
【答案】（1）氧气和水蒸气 （2）氯化钠 （3）铁锈疏松多孔，能吸附氧气和水蒸气，会加快铁的锈蚀 6HCl+Fe2O 3=2FeCl3 + 3H2O （4）铁生锈放出的热量小于装置散失的热量 （5）加氯化钠溶液前，铁锈蚀较慢 铁锈蚀消耗氧气，装置内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，反应产生较多氢气 （6）
（m—2—28dV）/m×100% （7）氢气未干燥，含有水蒸气 在乙、丙装置间加一个干燥装置 （8）使用铁粉和加入碳粉，加快了铁锈蚀的速率
【解析】（1）B中缺少氧气铁钉不生锈，C中缺少水铁钉不生锈，A中铁与氧气和水同时接触，铁钉生锈说明铁的锈蚀与空气中的氧气和水蒸气发生了反应。
（2）D中铁钉表面有较厚铁锈说明氯化钠加快了铁钉锈蚀的速度。
（3）铁锈疏松多孔，能吸附氧气和水蒸气，会加快铁的锈蚀；稀盐酸除铁锈的化学方程式为：6HCl+Fe2O 3=2FeCl3 + 3H2O。
（4）铁生锈的过程中会放出热量，t2时刻后温度降低的原因是铁生锈放出的热量小于装置散失的热量。
（5）AB段和BC段压强减小的原因是铁生锈消耗氧气导致，BC段降低幅度大是因为加氯化钠溶液前，铁锈蚀较慢，加入氯化钠溶液后，铁锈蚀较快；t3时刻氧气突然增大是因为铁锈蚀消耗氧气，装置内压强减小，注射器内盐酸被吸入烧瓶，反应产生较多氢气导致。
（6）设氢气的密度为d，则产生氢气的质量为dV，依据化学方程式“Fe+2HCl=FeCl2+H2↑”可求出固体中铁的质量为28dV，固体中2g碳粉不变，则铁锈的质量为m—2—28dV，故固体中铁锈的质量分数=（m—2—28dV）/m×100%。
（7）氢气未干燥，含有水蒸气会导致测得的氢气的体积偏大，则计算出的质量偏大，导致计算出的铁锈的质量偏小，从而导致测得的铁锈的质量分数偏小；浓硫酸具有吸水性，可在乙、丙装置间加一个盛有浓硫酸的干燥装置。
（8）实验二铁锈蚀明显更快的原因是使用铁粉和加入碳粉，加快了铁锈蚀的速率。
【课后练习】
1. 下列金属在自然界中以单质形式存在的是（　　）
A．钠 B．锌 C．铝 D．金
【答案】D
【解析】由金属在自然界的存在形式可知：自然界中的金属除极少数不活泼的金属（金、银）以单质形式存在外，都以化合物的形式存在。
A、钠是比较活泼的金属，在自然界中主要以化合物的形式存在，错误；
B、锌是比较活泼的金属，在自然界中主要以化合物的形式存在，错误；
C、铝是比较活泼的金属，在自然界中主要以化合物的形式存在，错误；
D、金是不活泼的金属，在自然界中常以单质形式存在，正确。
2. 碳在高温下可以和氧化铁反应，化学方程式可表示为3C＋2Fe2O3高温4Fe＋3CO2↑，下列说法中正确的是(　　)
A. 该反应属于分解反应
B. 反应中碳元素的化合价降低，铁元素的化合价升高
C. 碳是还原剂
D. 氧化铁是还原剂
【答案】C
【解析】A、该反应符合“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，属于置换反应，错误；
B、碳单质中碳元素化合价为0，二氧化碳中碳元素显+4价，故反应中碳元素 化合价升高，氧化铁中铁元素显+3价，单质铁中铁元素的化合价为0，故铁元素的化合价降低，错误；
C、该反应中，碳得到氧，属于还原剂，正确；
D、该反应中，氧化铁失去氧，属于氧化剂，错误。
3. 工业上煅烧硫铁矿用来生产硫酸，用X表示硫铁矿中的主要成分。煅烧反应的化学方程式为：4X + 11O2 2Fe2O3+ 8SO2，则x为（ ）
A. FeS2 B. Fe2S3 C. FeSO4 D. FeS
【答案】A
【解析】依据质量守恒定律：化学变化前后元素种类不变，原子个数不变；反应后Fe、O、S的原子个数分别为4、22、8，反应前已知O的原子个数为22，故4X中含有Fe、S的原子个数分别为4、8，故X的化学式为FeS2。
4. 下列物质中铁元素的质量分数最高的是（　　）
A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．Fe2(SO4)3
【答案】A
【解析】在FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe2(SO4)3四种物质中，为了使各化合物中元素的质量分数的分子相同，则将化学式变形得6FeO、3Fe2O3、2Fe3O4、3 Fe2(SO4)3，因为（32+16×4）×9＞16×3×3＞16×4×2＞16×6，故其原子的相对原子质量之和越小的，在该化合物中铁元素的质量分数就越大，则铁元素的质量分数由大到小排列为FeO＞Fe3O4＞Fe2O3＞Fe2(SO4)3。
5. 铁在潮湿的空气里会发生锈蚀，证明氧气一定参加了反应必须要做的实验是（　　）
A．①② B．①③ C．②③ D．①②③
【答案】A
【解析】铁生锈的条件是与水和氧气直接接触，要想证明铁生锈时，氧气一定参加了反应，就要进行铁在氧气和水共同作用下的反应实验和铁在只有水，没有氧气下的实验．实验①是铁在氧气和水共同作用下的反应，实验②是铁只与水接触的反应，实验③是铁只与氧气接触的反应．要想证明铁生锈时，氧气一定参加了反应，就要进行铁在氧气和水共同作用下的反应实验和铁在只有水，没有氧气下的实验．所以①②。
6. 下列说法不符合事实的是（　　）
A．钢铁生锈是缓慢氧化
B．铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁
C．铁锈的主要成分是四氧化三铁
D．及时擦干被雨淋湿的自行车可防止自行车生锈
【答案】C
【解析】A、钢铁生锈是钢铁与空气中的氧气和水发生的缓慢的氧化反应，正确；
B、铁在氧气中燃烧，火星四射，生成黑色的四氧化三铁，正确；
C、铁在空气中与氧气、水共同作用而生锈，铁锈的主要成分是铁的氧化物氧化铁，错误；
D、被雨淋湿的自行车，铁与水及溶解在雨水中的氧气反应使自行车生锈，先用干抹布将自行车擦干，可以将铁与水和空气隔绝从而防止铁生锈，正确。
7. 兰州市中山桥南侧的“将军柱”（铸造材质主要是铁），距今已有630年的历史，它与中山桥一起组成了“兰州铁路”一景，近日“将军柱”商标获得国家批准。
（1）“将军柱”表面已出现较多锈迹，其主要原因是铁与_________等物质共同作用的结果，生活中常用稀硫酸除去铁制品表面的铁锈，其反应的化学方程式为______________________________；
（2）废旧金属的回收利用是保护金属资源的重要途径，请你再写出一条保护和节约金属资源的有效方法或途径：___________。
【答案】（1）水和氧气 Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O （2）防止生锈
【解析】（1）铁在与水和氧气并存时易生锈，硫酸能与氧化铁反应生成硫酸铁和水，故填：水和氧气；Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O；
（2）防止金属锈蚀是保护和节约金属资源的有效的方法，故填：防止生锈。
8.钢铁、铝合金、铜制品等是应用广泛的金属材料。据估计，每年全世界被腐蚀损耗的钢铁材料，约占全年钢产量的十分之一。某校化学兴趣小组的同学探究金属腐蚀的原因，设计如下实验：
（1）如图，取一根约10cm的光亮铁钉放在自来水中，观察A、B、C三处的变化。
几天后，他们会发现__处最先出现铁锈，大家结合书本知识知道，铁在空
气中生锈实际是铁和__ _ 、_____等物质相互作用发生一系列复杂的
化学反应的过程。
（2）一同学联想到家里铜制餐具上有一层绿色物质，认为铜在空气中也会生锈。他们上网查阅资料，知道这种绿色物质的化学成分为Cu2(OH)2CO3(铜绿)。他们从铜绿组成和空气的成分大胆猜测，铜生锈除了与铁生锈条件相同外，还应该有CO2参加反应。
请写出铜在空气中生成铜绿的化学方程式______________。
（3）【查阅资料】孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，也可以表示成Cu CO3·Cu(OH)2。
与孔雀石相似，还有许多矿物可用xCu CO3·yCu(OH)2 (x、y都是正整数)表示，石青就是其中的一种。
【实验探究】为了验证石青的组成成分，他们设计了如下实验，请你共同参与探究。
【反思与拓展】
①确定步骤1中产生气体成分的实验方法是_________________________。
②根据以上探究，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量和_______的质量，就可确定石青的化学式(即确定x、y的值)。
③防止金属锈蚀的方法很多，如制成不锈钢、在金属表面______________(任写一种方法)。
【答案】（1）B O2 H2O 　（2）2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3 （3）【查阅资料】CO32- Cu2+ 黑　　有水珠 【反思与拓展】①将产生的气体通入足量的澄清石灰水中 ① 水或二氧化碳③涂油、漆等【解析】（1）因为钢铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气、水蒸气等物质发生化学反应的结果，所以A、B、C三处中，B处先生锈；
（2）先根据题干条件写出反应物为Cu、H2O、CO2、O2生成物为Cu2(OH)2CO3．再根据质量守恒定律配平即可。
故反应化学方程式为2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3 ；
（3）根据资料：许多矿物可用xCu CO3·yCu(OH)2（x、y都是正整数）表示，石青就是其中的一种，且步骤1中石青与稀硫酸反应产生大量气体可知石青中含有CO32-；另溶液呈蓝色说明石青中含铜离子；
因为石青受热易分解，且其化学式可用 xCu CO3·yCu(OH)2（x、y都是正整数）表示，故步骤2中在大试管中加热石青样品CuCO3、Cu(OH)2都会分解得到黑色的氧化铜，Cu(OH)2还会分解得水，故可在试管内壁上看到水珠；
①检验步骤1中产生的气体为二氧化碳的方法是把产生的气体通入足量的澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则气体是二氧化碳．
②若要确定石青的化学式，只要测定出参加反应的石青的质量、生成的氧化铜的质量，和水或二氧化碳的质量再根据化学方程式 xCuCO3+yCu(OH)2△(x+y)CuO+xCO2↑+yH2O列比例，即可求得x、y的值；
③防止金属锈蚀就是防止金属与氧气或水接触，方法有制成不锈钢、在金属表面涂油、漆等。
9. 物质的性质决定着物质在生产和生活中的用途。木炭和一氧化碳都具有还原性，都可用于冶炼金属。请根据下图回答有关问题。
(1)请写出下列反应的化学方程式：
①木炭还原氧化铜______________________；
②一氧化碳还原氧化铁________________。
(2)A、B装置中澄清石灰水的作用是________________________________。
(3)B装置最右端酒精灯的作用是________________________________。
(4)在A装置中，当观察到________________时，证明木炭粉末和氧化铜粉末已经完全反应
【答案】①C + 2CuO 高温 2Cu + CO2↑ ②3CO + Fe2O3 高温 2Fe + 3CO2 ③检验是否有二氧化碳生成 ④除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气 ⑤A装置竖直的试管内导管口不再有气泡冒出
【解析】木炭和一氧化碳都具有还原性，都可用于冶炼金属
(1) ①木炭还原氧化铜会生成二氧化碳和铜C + 2CuO 高温 2Cu + CO2↑；
②一氧化碳还原氧化铁会生成铁和二氧化碳3CO + Fe2O3 高温 2Fe + 3CO2；
(2)A、B装置中澄清石灰水的作用是检验是否有二氧化碳生成，二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙沉淀，可使石灰水变浑浊。
(3)B装置最右端酒精灯的作用是除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气，一氧化碳有毒，属于空气污染物。
(4)在A装置中，当观察到装置竖直的试管内导管口不再有气泡冒出时，证明木炭粉末和氧化铜粉末已经完全反应。
10. 某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁，假设杂质不含铁元素)来炼制生铁。若要炼制含铁96% 生铁63 t，假设在炼制过程中损失10%铁元素，则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是多少？
【答案】120t
【解析】解：设需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是x
63t×96% = x×（1-20%）×（56×2）/(56×2+16×3) ×100%×(1-10%)
x=120t
答：需要含杂质20%的赤铁矿石的质量为120t。

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