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课题3 金属资源的利用和保护
第1课时 金属矿物、铁的冶炼
教学目标 1.知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿石。2.了解从铁矿石中将铁还原出来的方法，体会化学方法在金属冶炼中的重要性。3.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。
重点和难点 重点：铁的冶炼。难点：有关化学反应中杂质问题的计算。
◆知识点一 金属矿物
1.金属资源的存在
存在位置 广泛地存在于地壳和海洋中
存在形式 单质 化合物
金属种类 、 等 其余金属
①人类使用金属的年代与金属的活动性及冶炼难度有关。整体上，金属越活泼，越难冶炼，利用就越晚。
2.金属矿物
(1)工业上从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属。
金属矿石 赤铁矿 磁铁矿 菱铁矿 铝土矿 黄铜矿 辉铜矿
主要成分 FeCO3 CuFeS2 Cu2S
(2)我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量丰富，钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。
(3) 是目前人类从金属矿石中提炼量最大的金属。
①选择矿石进行金属冶炼时，一般选择金属含量相对较高，且冶炼过程中不易产生有害物质的矿石。例如，炼铁时一般选择赤铁矿或磁铁矿，而不选择含铁量较低的菱铁矿。
即学即练
1.常见的金属矿石磁铁矿的主要成分是
A． B． C． D．
◆知识点二 铁的冶炼
1.铁的利用及炼铁的记载
利用 ①早在春秋时期，我国已生产和使用铁器；②战国时期，铁制工具的大量使用提高了生产力水平
记载 《天工开物》中有我国古代炼铁的记载
2.工业炼铁
炼铁原理 在高温下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从氧化铁里还原出来
原料 赤铁矿石、焦炭、石灰石、空气
主要设备 高炉
设备图
高炉内发生的有关化学反应 (1)主要反应为： 。(2)焦炭的作用：①提供热量， （指炉内环境为高温）；②提供CO, 。(3)炼铁过程中石灰石的主要作用是 .
产品 生铁(含碳量2%~4.3%的铁合金，不是纯铁)
①炼铁的主要原料是赤铁矿石，主要产品是生铁。炼钢的主要原料是 ，主要产品是 。将生铁炼成钢主要是将过量的碳转化为气体除去，“百炼成钢”涉及化学变化，主要反应是 。
即学即练
1.我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。
现代工业炼铁所用高炉的结构如图所示，
高炉中发生的过程如下图中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。
据此回答下列问题：
(1)“淘洗铁砂”说明铁砂(主要成分为) (填“能”或“难”)溶于水。
(2)“生熟炼铁”及“高炉炼铁”得到的产品铁属于 (填“纯净物”或“混合物”)。
(3)进风口鼓入 (填“热空气”或“常温空气”)，目的是避免炉内温度下降，减少能耗。
(4)如果铁矿石是赤铁矿，请写出高炉炼铁过程A区发生的反应方程式 。
(5)“锤锻成钢”或过程Ⅳ通入主要是为了降低生铁中 元素(填元素符号)的含量。
◆知识点三 有关化学反应中杂质问题的计算
1.原理
(1)实际生产过程中，所用的原料或所得的产物一般都含有杂质。在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。
(2)化学方程式所表示的各物质发生化学反应时的质量关系，是纯净物之间的质量关系。因此在计算中必须将含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量再进行计算。
2.不纯物质、纯物质、纯度（纯物质的质量分数）之间的关系
（1）纯度 == × 100% == 1 - 杂质的质量分数
（2）纯物质的质量 == 不纯物质的质量×纯度
（3）不纯物质的质量 == 纯物质的质量÷纯度
（4）杂质的质量 == 不纯物质的质量 ×（1-纯度）
3.含杂质物质的化学反应计算的一般步骤
（1）将含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。
（2）将纯物质的质量代入化学方程式进行计算。
（3）将计算得到的纯物质的质量换算成含杂质物质的质量。
①进行含杂质物质的计算时：①要看清题中所给的质量分数是杂质的质量分数还是纯物质的质量分数；②计算时一般都假定杂质不发生反应；③换算后的纯物质的质量在代入化学方程式时要找准对应的位置。
即学即练
1．某炼铁厂以焦炭、赤铁矿、空气等为主要原料炼铁，反应过程如下：
(1)写出方框中相应物质的化学式 。
(2)现有1600t含75％氧化铁的赤铁矿，理论上最多能炼出纯铁的质量是多少(利用化学方程式计算)？
一、一氧化碳还原氧化铁实验
反应原理 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2
实验装置
实验步骤 ①检查装置的气密性;②装入药品并固定;③点燃酒精灯;④向玻璃管内通人一段时间一氧化碳;⑤点燃酒精喷灯给氧化铁加热;⑥反应完成后熄灭酒精喷灯;⑦继续通人一氧化碳至玻璃管冷却;⑧熄灭酒精灯
实验现象 红棕色粉末逐渐变为 ; 澄清石灰水变 ; 尾气燃烧产生
注意事项 ①实验开始前,先通入一段时间CO的目的是 ;②实验结束时先停止加热，继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，目的是 ;③尾气处理方法： 、 等（CO有毒，会污染空气）
①含氧化合物中的氧被夺去的过程，称为 ；物质与氧结合生成氧化物的过程，称为 。在此反应中，CO夺取了Fe2O3中的氧，使Fe2O3还原成Fe，CO是 。②该实验的步骤可简记为通气、点灯、熄灯、停气（或气灯灯气）。
实践应用
1．某同学设计如图所示的实验装置，进行一氧化碳还原氧化铁的实验。试回答：
(1)该装置存在的一个主要问题是 ，你的改进方法是 。
(2)实验开始时，是先给氧化铁加热，还是先通入一氧化碳？ 。
(3)①实验过程中，图中A处能观察到的实验现象是 ，发生反应的化学方程式为 。
②B处观察到的实验现象是 。
③B装置中澄清石灰水的作用是 。
2．实验室模拟炼铁。
(1)先通入CO，后加热的目的是 。
(2)实验完毕，先 ，后 。
(3)A处的实验现象是 ；反应方程式： 。B处的实验现象是 ；反应方程式： 。C处产生 色火焰；作用是 ，反应方程式： 。
考点一 常见的金属矿石
【例1】我国是世界上已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，下列金属矿石主要成分对应错误的是
A．磁铁矿（Fe3O4） B．赤铜矿（CuO）
C．金红石（TiO2） D．铝土矿（Al2O3）
【变式1-1】下列矿石中，主要成分不属于氧化物的是
A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．菱铁矿 D．铝土矿
【变式1-2】炼铁选用的铁矿石，不仅要求含铁量高，而且要求“有害元素”少，有以下几种铁矿石：磁铁矿（）、赤铁矿（）、褐铁矿（）、黄铁矿（），你认为最不适宜炼铁的是
A．磁铁矿 B．赤铁矿 C．褐铁矿 D．黄铁矿
【变式1-3】下表为部分金属矿石的名称及其主要成分
矿石 赤铁矿 黄铁矿 光卤石 石灰石 孔雀石
图样
主要成分
(1)可用于冶炼金属钙的矿石为 ，光卤石可冶炼的金属为 (写名称)。
(2)赤铁矿的主要成分为，其中铁元素的化合价为 ，中铁、氧元素的质量比为 。
(3)黄铁矿中含有硫元素，使用时会产生，导致 ，一般不用黄铁矿炼铁。
(4)孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜，碱式碳酸铜中含有 种元素。
考点二 金属的冶炼
【例2】我国有着悠久的炼铁史，古今方法对比，差异之间，更能体现民族的传承与进步。
I：古代：《天工开物》中记载：“凡铁一炉载土(指铁矿石，下同)二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭或用木炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。土化成铁之后，从炉腰孔流出。”根据文本和图一内容回答下列问题：
(1)常见的“土”有赤铁矿和 (答1种即可)。
(2)从燃烧的角度分析，“扇炉风箱”的作用是 。
II：近代：近代炼铁方法采用高炉炼铁，如图二所示：
(3)写出C区发生反应的化学方程式 。
(4)B区发生的反应在能量变化上属于 反应(填“吸热”或“放热”)。
III：现代：“双碳”背景下“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一，竖炉炼铁如图三：
(5)炼铁时，常会把铁矿石粉碎，粉碎的目的是： ，提高反应速率，使反应充分进行。
(6)炼制生铁经过处理可制成锰钢，常用于坦克装甲、挖掘机铲斗，应用中主要体现锰钢的物理性质有___________(填字母)。
A．硬度大、熔点低 B．韧性好、硬度大 C．抗腐蚀性好
【变式2-1】我国科学家研发了一种闪速炼铁技术，用氢气还原铁矿石粉，只需3～6秒即可完成传统高炉5～6小时的炼铁过程，且还原率大于90%。如图为传统高炉炼铁和闪速炼铁的示意图。下列说法不正确的是
注：“品位”指矿石中有用元素或有用矿物含量的百分率，百分率越大，品位越高。传统高炉炼铁通常使用高品位铁矿石。
A．传统高炉炼铁是用焦炭直接还原铁矿石高温
B．闪速炼铁技术通过将粉状铁矿砂喷入高温还原塔内，实现快速还原
C．与传统高炉炼铁相比，闪速炼铁技术能有效处理低品位铁矿石
D．闪速炼铁技术通入过量氢气，出炉烟气中含有较多的氢气可回收利用
【变式2-2】工业炼铁所用高炉的结构如图1所示，高炉中发生的反应过程如图2中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。
(1)石灰石在高炉炼铁中主要作用是将矿石中的 转变为炉渣。
(2)过程Ⅱ发生的反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(3)如果用的铁矿石为磁铁矿，则过程Ⅲ中发生反应的化学方程式为
(4)过程Ⅳ通入O2主要是为了降低生铁中 元素的含量。
(5)炼铁时，炉内的热量是来自于① 能转化而来，该反应中焦炭具有② 性。
(6)进风口通入的是 。
【变式2-3】利用赤铁矿石（主要成分为）炼铁的工艺流程示意图如下所示。回答下列问题：
(1)将矿石粉碎的目的是 。
(2)还原反应室中发生反应的化学方程式为 （任写一个）。
(3)催化反应室中发生的反应之一为。其中的化学式为 。
(4)燃烧室为还原反应室提供热量，其中的能量转化是将 能转化为热能。
(5)铁具有广泛的用途，举一例 。写出日常生活中防止铁制品生锈的一种方法 。
考点三 有关化学反应中杂质问题的计算
【例3】为测定某含杂质4%的黄铜样品中铜的质量分数（样品由Cu、Zn和杂质组成，杂质不含铜、锌元素，杂质不发生反应，不溶于水），某化学小组进行了如下实验：取20 g黄铜样品，向其中分3次，每次加入15 g稀盐酸，充分反应后数据如图所示
实验次序 第一次 第二次 第三次
稀盐酸质量/g 15 g 15 g 15 g
气体质量/g 0.08 g m 0.04 g
(1)发生反应的化学方程式为 。
(2)m= g。
(3)该黄铜样品中锌的质量分数为 。
(4)若用127 t赤铜矿含81%的Cu O炼制该黄铜，理论上能炼出该黄铜的质量为 t。
【变式3-1】磁铁矿石（主要成分为）是常用的炼铁原料，工业上可通过CO在高温的条件下将转化为Fe。
(1)中铁、氧的微观粒子数目之比为 ；
(2)假设炼铁过程中铁没有损耗，用含348吨的磁铁矿石理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？（用化学方程式计算，并写出计算过程）
【变式3-2】磁铁矿（主要成分是Fe3O4）是冶炼生铁的常用原料。若测得某磁铁矿石中铁元素的质量分数为42％。（假设杂质不含铁元素）请回答下列问题：
(1)四氧化三铁中铁元素与氧元素的质量比为 。
(2)该矿石中四氧化三铁的质量分数为 。（精确到0.1%）
(3)若要得到纯铁21t，从理论上计算需要这种磁铁矿 t。（精确到0.1）
【变式3-3】钛()和钛合金是二十一世纪重要的金属材料，享有“未来金属”的美称，可用于制造航天飞机、船舶等。工业上生产钛的反应为。
(1)若用金属镁与足量完全反应，理论上可生成金属钛的质量是多少？(写出计算过程)
(2)上述反应需要在氦气环境下进行，氦气的作用是 。
基础达标
1．铝及铝合金有很多优良性能，铝土矿的主要成分是
A．SiO2 B．Al2O3 C．Fe3O4 D．CaCO3
2．实验室利用如图装置模拟工业炼铁，有关说法错误的是
A．澄清石灰水可检验生成的
B．将尾气点燃，可防止污染空气
C．“炼铁”的化学方程式为
D．实验得到的固体产物能被磁铁吸引
3．图1是实验室模拟炼铁的装置图，图2是炼铁高炉模型，下列说法不正确的是
A．图1：实验开始时，应先通一段时间后，点燃酒精喷灯
B．图1：实验过程中当看到红色固体变黑色，澄清石灰水变浑浊，说明有铁生成
C．图2：高炉炼铁的原料有铁矿石、石灰石、焦炭、热空气
D．图2：炉渣出口高于生铁出口，说明炉渣密度小于生铁密度
4．如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是
A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO
B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红，澄清石灰水变浑浊
C．该装置缺少尾气处理，会产生污染
D．该实验体现了CO的氧化性
5．工业上把铁矿石、焦炭和石灰石一起投入高炉内，从下方通入热空气，最后得到生铁。下列说法中，正确的是
A．矿石中含铁元素就可用作炼铁原料 B．焦炭只起为反应提供还原剂的作用
C．所得生铁的含碳量在2%~4.3%范围 D．高炉炼铁过程中，所用赤铁矿石的主要成分是
6．铁是应用最广泛的金属。下列有关说法正确的是
A．铁制品高温处理后，表面形成的致密氧化膜有防腐作用
B．炼铁原理是用合适的物质将单质铁转化为氧化铁
C．将生铁中的大部分碳反应除去得到的钢是纯净物
D．日常生活中的废旧铁制品直接填埋处理
7．工业上冶炼铁的反应原理为。下列有关说法正确的是
A．该反应中体现出还原性
B．冶炼铁使用的原料是磁铁矿的主要成分
C．反应中观察到黑色固体变为红棕色
D．工业冶炼铁所产生的尾气可以直接排放
8．明代科学著作《天工开物》描述了古代炼铁的方法：“或用木炭，扇炉风箱，土(铁矿石)化成铁”。下列有关说法正确的是
A．赤铁矿石的主要成分是 Fe3O4 B．炼铁得到的是生铁
C．炼铁的反应属于复分解反应 D．木炭在炼铁的过程中只提供热量
9．如图是竖炉炼铁的工艺流程图，下列说法正确的是
A．赤铁矿是 B．燃烧室中可能加入焦炭
C．天然气是可再生资源 D．催化室中发生了置换反应
10．我国炼铁始于春秋时代，随后炼铁规模和技术不断发展。近年来，我国钢铁工业持续快速发展，建成了门类齐全，独立完整的产业体系。联合钢铁工业的基本生产流程如图。
请回答下列问题：
(1)写出高炉中以赤铁矿(主要成分是Fe2O3)为原料炼铁的化学方程式 。
(2)炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是 ；焦炭在炼铁过程中的主要作用是 。
(3)工业炼钢时，用纯氧的目是 ，与纯铁相比，钢坯 (填字母)。
a.熔点变高 b.硬度变大 c.抗腐蚀性增强
综合应用
11．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)炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。
(3)撒入潮泥灰主要作用是 。
12．钢铁是使用最多的金属材料。某化学小组利用如图装置模拟工业炼铁的实验。
(1)写出玻璃长管中发生反应的化学方程式 。
(2)检验CO还原Fe2O3反应的气体生成物的实验现象是 ，该反应的化学方程式为 。
(3)a处尾气被点燃作用是 ，写出反应的化学方程式 。
(4)如果没有酒精喷灯，可以用酒精灯加网罩，网罩作用 。
(5)实验前先通一氧化碳的作用是 。
13．《天工开物》蕴含丰富的化学知识，当中记载了生铁与熟铁连续生产的工艺，其流程如图所示，
(1)燃料燃烧是熔炼炉实现高温的方式，这一过程中 能转化为热能。
(2)炼铁用到的矿石有赤铁矿和磁铁矿，其中赤铁矿的主要成分为 (填化学式)，过程中不断拉动风箱向炉内送进空气目的是 。
(3)冶炼熟铁的“黑色湿泥”[有效成分为磷酸铁(FePO4)]作为熔剂可加快反应，其中磷酸铁中磷元素的化合价为 ，“黑色湿泥”需捣碎，用木棍快速搅拌，能使灼热铁水中的碳被氧化，其化学方程式为 。
(4)铁制品的应用很广泛，为了防止铁生锈，通常会在其表面刷漆，原理是 。
14．工业上常用赤铁矿或磁铁矿炼铁。根据矿石的质量可以计算炼出铁的质量。
(1)工业炼铁的尾气处理方法 。
(2)900t含四氧化三铁58%的磁铁矿石，理论上能炼出含铁90%的生铁的质量是多少？(根据化学方程式计算，写出计算过程)
拓展培优
15．金属矿物是宝贵的自然资源。
(1)图一展示了古代将生铁炼成熟铁(钢)的过程，原理是降低生铁中的 。
(2)图二是现代高炉炼铁的过程，写出反应2的化学方程式 。
(3)图二中进料口加入了一定质量纯度为80%的赤铁矿(所含杂质不发生化学反应也不含有铁元素)，冶炼过程中损失率为4%，若A口流出含杂质4%的生铁140t，则加入赤铁矿的质量为 t。
(4)炼铁厂、化工厂等都本着回收利用能源，废液、废气回收的原则。某化工厂为回收废旧金属，向含有硝酸银和硝酸铜的废液中加入一定质量的锌粉，充分反应后过滤，得到无色滤液和滤渣，滤渣中可能含有 (填化学式，下同)，滤液中的溶质是 。
16．《天工开物》是我国古代一部综合性的科技巨著，被誉为是“中国17世纪的工艺百科全书”。详细记载了我国古代炼铁和锌的冶炼方法。
(1)锌的冶炼方法∶将炉甘石（主要成分为ZnCO3）与煤炭饼混合后装入炼锌罐，罐口用泥密封（杂质不参与反应），[提示∶ZnCO3受热分解可生成ZnO等]。
①流程中“粉碎”属于 变化。（填“物理”还是“化学”） 。
②将矿石粉碎的目的是：增大接触面积，使反应更充分，并 。
③炉甘石与煤炭饼混合后高温，写出其中置换反应的化学方程式 。
(2)根据下图回答问题：
①写出图A中右侧试管内发生反应的实验现象：澄清石灰水变 。
②写出图B中直玻璃管内发生反应的化学方程式 。
③图C中高炉炼铁的原料是赤铁矿石、石灰石、 和热空气。
④若图A和图B中澄清石灰水中产生白色沉淀的质量相等，则图A和图B中参加反应氧化铁的质量比为 。
17．《天工开物》记载了锡的冶炼方法：入砂(指锡砂)数百斤，丛架木炭亦数百斤，鼓鞲(指鼓入空气)熔化……用铅少许勾引(作引子)，方始(锡)沛然流注。其反应原理为。
(1)“丛架木炭亦数百斤……”，上述反应原理是利用了碳单质的 性。
(2)现有含：的锡砂，理论上可以炼出锡的质量是多少？(写出计算过程)
18．工业炼铁是把赤铁矿和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气进行一系列反应把铁还原出来。根据赤铁矿的质量可以计算炼出的铁的质量。
(1)工业炼铁中焦炭的作用是 。
(2)冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是多少？(写出完整的计算步骤)
答案和解析
教学目标 1.知道大多数金属在自然界中是以金属矿物形式存在的，知道一些常见金属如铁、铝、铜等的矿石。2.了解从铁矿石中将铁还原出来的方法，体会化学方法在金属冶炼中的重要性。3.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。
重点和难点 重点：铁的冶炼。难点：有关化学反应中杂质问题的计算。
◆知识点一 金属矿物
1.金属资源的存在
存在位置 广泛地存在于地壳和海洋中
存在形式 单质 化合物
金属种类 金、银等 其余金属
①人类使用金属的年代与金属的活动性及冶炼难度有关。整体上，金属越活泼，越难冶炼，利用就越晚。
2.金属矿物
(1)工业上从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属。
金属矿石 赤铁矿 磁铁矿 菱铁矿 铝土矿 黄铜矿 辉铜矿
主要成分 Fe2O3 Fe3O4 FeCO3 Al2O3 CuFeS2 Cu2S
(2)我国是世界上为数不多的已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，矿物储量丰富，钨、钼、钛、锡、锑等储量居世界前列，铜、铝、锰等储量在世界上也占有重要地位。
(3)铁是目前人类从金属矿石中提炼量最大的金属。
①选择矿石进行金属冶炼时，一般选择金属含量相对较高，且冶炼过程中不易产生有害物质的矿石。例如，炼铁时一般选择赤铁矿或磁铁矿，而不选择含铁量较低的菱铁矿。
即学即练
1.常见的金属矿石磁铁矿的主要成分是
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】A、Fe2O3是赤铁矿的主要成分，俗称铁红，可用于炼铁等，该选项错误；
B、Fe3O4是磁铁矿的主要成分，具有磁性，也可用于炼铁等，该选项正确；
C、FeCO3是菱铁矿的主要成分，在一定条件下可用于提取铁元素，该选项错误；
D、Al2O3是铝土矿等含铝矿石的主要成分，是冶炼铝的重要原料，该选项错误。
故选B。
◆知识点二 铁的冶炼
1.铁的利用及炼铁的记载
利用 ①早在春秋时期，我国已生产和使用铁器；②战国时期，铁制工具的大量使用提高了生产力水平
记载 《天工开物》中有我国古代炼铁的记载
2.工业炼铁
炼铁原理 在高温下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从氧化铁里还原出来
原料 赤铁矿石、焦炭、石灰石、空气
主要设备 高炉
设备图
高炉内发生的有关化学反应 (1)主要反应为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。(2)焦炭的作用：①提供热量，C+O2CO2（指炉内环境为高温）；②提供CO,C+CO22CO。(3)炼铁过程中石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣.
产品 生铁(含碳量2%~4.3%的铁合金，不是纯铁)
①炼铁的主要原料是赤铁矿石，主要产品是生铁。炼钢的主要原料是生铁，主要产品是钢。将生铁炼成钢主要是将过量的碳转化为气体除去，“百炼成钢”涉及化学变化，主要反应是C+O2CO2。
即学即练
1.我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。
现代工业炼铁所用高炉的结构如图所示，
高炉中发生的过程如下图中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。
据此回答下列问题：
(1)“淘洗铁砂”说明铁砂(主要成分为) (填“能”或“难”)溶于水。
(2)“生熟炼铁”及“高炉炼铁”得到的产品铁属于 (填“纯净物”或“混合物”)。
(3)进风口鼓入 (填“热空气”或“常温空气”)，目的是避免炉内温度下降，减少能耗。
(4)如果铁矿石是赤铁矿，请写出高炉炼铁过程A区发生的反应方程式 。
(5)“锤锻成钢”或过程Ⅳ通入主要是为了降低生铁中 元素(填元素符号)的含量。
【答案】(1)难
(2)混合物
(3)热空气
(4)
(5)C
【详解】（1）“淘洗铁砂”说明铁砂难溶于水，故填：难；
（2）“生熟炼铁”及“高炉炼铁”得到的产品铁，主要成分是铁，还含有碳及其他杂质（如硅、锰、磷、硫等），属于混合物，故填：混合物；
（3）进风口鼓入热空气，因为热空气可以提高炉内的温度，减少能源消耗，故填：热空气；
（4）赤铁矿的主要成分是氧化铁，高炉炼铁过程A区中一氧化碳与氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为，故填：；
（5）“锤锻成钢”或过程Ⅳ通入主要是为了降低生铁中碳的含量，从而将生铁变成钢，故填：C。
◆知识点三 有关化学反应中杂质问题的计算
1.原理
(1)实际生产过程中，所用的原料或所得的产物一般都含有杂质。在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。
(2)化学方程式所表示的各物质发生化学反应时的质量关系，是纯净物之间的质量关系。因此在计算中必须将含杂质的物质的质量换算成纯净物的质量再进行计算。
2.不纯物质、纯物质、纯度（纯物质的质量分数）之间的关系
（1）纯度 == × 100% == 1 - 杂质的质量分数
（2）纯物质的质量 == 不纯物质的质量×纯度
（3）不纯物质的质量 == 纯物质的质量÷纯度
（4）杂质的质量 == 不纯物质的质量 ×（1-纯度）
3.含杂质物质的化学反应计算的一般步骤
（1）将含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。
（2）将纯物质的质量代入化学方程式进行计算。
（3）将计算得到的纯物质的质量换算成含杂质物质的质量。
①进行含杂质物质的计算时：①要看清题中所给的质量分数是杂质的质量分数还是纯物质的质量分数；②计算时一般都假定杂质不发生反应；③换算后的纯物质的质量在代入化学方程式时要找准对应的位置。
即学即练
1．某炼铁厂以焦炭、赤铁矿、空气等为主要原料炼铁，反应过程如下：
(1)写出方框中相应物质的化学式 。
(2)现有1600t含75％氧化铁的赤铁矿，理论上最多能炼出纯铁的质量是多少(利用化学方程式计算)？
【答案】(1)CO
(2)解：设理论上最多能炼出纯铁的质量为x。
解得：x=840t
答：理论上最多能炼出纯铁的质量为840t。
【详解】（1）二氧化碳与焦炭在高温条件下反应生成一氧化碳（CO），故填：CO；
（2）详见答案。
一、一氧化碳还原氧化铁实验
反应原理 3CO + Fe2O32Fe + 3CO2
实验装置
实验步骤 ①检查装置的气密性;②装入药品并固定;③点燃酒精灯;④向玻璃管内通人一段时间一氧化碳;⑤点燃酒精喷灯给氧化铁加热;⑥反应完成后熄灭酒精喷灯;⑦继续通人一氧化碳至玻璃管冷却;⑧熄灭酒精灯
实验现象 红棕色粉末逐渐变为黑色; 澄清石灰水变浑浊; 尾气燃烧产生蓝色火焰
注意事项 ①实验开始前,先通入一段时间CO的目的是排出装置内的空气，防止爆炸;②实验结束时先停止加热，继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，目的是防止高温下铁与氧气接触重新被氧化，同时也能防止液体倒吸;③尾气处理方法：气球收集、点燃等（CO有毒，会污染空气）
①含氧化合物中的氧被夺去的过程，称为还原；物质与氧结合生成氧化物的过程，称为氧化。在此反应中，CO夺取了Fe2O3中的氧，使Fe2O3还原成Fe，CO是还原剂。②该实验的步骤可简记为通气、点灯、熄灯、停气（或气灯灯气）。
实践应用
1．某同学设计如图所示的实验装置，进行一氧化碳还原氧化铁的实验。试回答：
(1)该装置存在的一个主要问题是 ，你的改进方法是 。
(2)实验开始时，是先给氧化铁加热，还是先通入一氧化碳？ 。
(3)①实验过程中，图中A处能观察到的实验现象是 ，发生反应的化学方程式为 。
②B处观察到的实验现象是 。
③B装置中澄清石灰水的作用是 。
【答案】(1) 没有尾气处理装置 在B后面的导管处加一个气球或放一个燃着的酒精灯
(2)先通入一氧化碳
(3) 红棕色固体逐渐变为黑色 澄清石灰水变浑浊 检验并吸收
【详解】（1）一氧化碳还原氧化铁的反应中，一氧化碳是有毒气体，反应后未反应的一氧化碳直接排放到空气中，会污染环境，该装置缺少尾气处理装置；
改进方法是：在B后面的导管处加一个气球或放一个燃着的酒精灯。
（2）因为装置内有空气，一氧化碳是可燃性气体，与空气混合加热可能会发生爆炸。先通入一氧化碳，能排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。
（3）①一氧化碳在高温条件下还原氧化铁生成铁和二氧化碳，现象是红棕色固体逐渐变为黑色，该反应的化学方程式为。
②反应生成的二氧化碳进入B装置，与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，即，现象是澄清石灰水变浑浊。
③B装置利用二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的特性检验二氧化碳；同时，石灰水与二氧化碳反应，将其吸收，避免排放到空气中。
2．实验室模拟炼铁。
(1)先通入CO，后加热的目的是 。
(2)实验完毕，先 ，后 。
(3)A处的实验现象是 ；反应方程式： 。B处的实验现象是 ；反应方程式： 。C处产生 色火焰；作用是 ，反应方程式： 。
【答案】(1)排掉装置内的空气，防止加热时发生爆炸
(2) 停止加热 停止通入CO
(3) 红棕色粉末逐渐变成黑色 澄清的石灰水变浑浊 蓝 处理尾气，防止污染大气
【详解】（1）一氧化碳具有可燃性，故加热前需要先通入CO，排掉装置内的空气，防止加热时发生爆炸；
（2）为了防止刚被还原的温度未下降的铁接触空气再被氧化，先停止加热至温度下降，再停止通CO；
（3）A处是一氧化碳还原氧化铁生成二氧化碳和铁单质，故A处现象为红棕色粉末逐渐变成黑色，化学方程式为：；
二氧化碳和澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀和水，B处实验现象为澄清的石灰水变浑浊，化学方程式为：；
一氧化碳有毒，为了防止污染空气，需尾气处理点燃一氧化碳，C处为尾气处理装置，一氧化碳在空气里燃烧生成蓝色火焰，化学方程式为：。
考点一 常见的金属矿石
【例1】我国是世界上已知金属矿物种类比较齐全的国家之一，下列金属矿石主要成分对应错误的是
A．磁铁矿（Fe3O4） B．赤铜矿（CuO）
C．金红石（TiO2） D．铝土矿（Al2O3）
【答案】B
【详解】A、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁（Fe3O4 ），该选项对应正确。
B、赤铜矿的主要成分是氧化亚铜（Cu2O ），而不是CuO，氧化铜是黑色的，该选项对应错误。
C、金红石的主要成分是二氧化钛（TiO2 ），该选项对应正确。
D、铝土矿的主要成分是氧化铝（Al2O3 ），该选项对应正确。
故选 B 。
【变式1-1】下列矿石中，主要成分不属于氧化物的是
A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．菱铁矿 D．铝土矿
【答案】C
【分析】氧化物是由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物。
【详解】A、赤铁矿的主要成分是Fe2O3，Fe2O3由铁和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项错误。
B、磁铁矿的主要成分是Fe3O4，Fe3O4由铁和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项错误。
C、菱铁矿的主要成分是FeCO3，FeCO3由铁、碳、氧三种元素组成，不属于氧化物，该选项正确。
D、铝土矿的主要成分是Al2O3，Al2O3由铝和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项错误。
故选C。
【变式1-2】炼铁选用的铁矿石，不仅要求含铁量高，而且要求“有害元素”少，有以下几种铁矿石：磁铁矿（）、赤铁矿（）、褐铁矿（）、黄铁矿（），你认为最不适宜炼铁的是
A．磁铁矿 B．赤铁矿 C．褐铁矿 D．黄铁矿
【答案】D
【详解】化学反应前后元素的种类不变，磁铁矿（）、赤铁矿（）、褐铁矿（）中含有Fe、O、H元素，生成物不会产生含硫、氮元素的污染物，黄铁矿（）含有硫元素，会产生二氧化硫等污染物，所以最不适宜炼铁的是黄铁矿，故选D。
【变式1-3】下表为部分金属矿石的名称及其主要成分
矿石 赤铁矿 黄铁矿 光卤石 石灰石 孔雀石
图样
主要成分
(1)可用于冶炼金属钙的矿石为 ，光卤石可冶炼的金属为 (写名称)。
(2)赤铁矿的主要成分为，其中铁元素的化合价为 ，中铁、氧元素的质量比为 。
(3)黄铁矿中含有硫元素，使用时会产生，导致 ，一般不用黄铁矿炼铁。
(4)孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜，碱式碳酸铜中含有 种元素。
【答案】(1) 石灰石 钾和镁
(2) +3 7:3
(3)酸雨
(4)四/4
【详解】（1）反应前后元素种类不变，石灰石中含有钙元素，则可用于冶炼金属钙；
光卤石中的金属元素有钾元素和镁元素，根据反应前后元素种类不变，则可冶炼的金属为钾和钙。
（2）中氧元素化合价为-2价，设铁元素的化合价为x，根据“化合物中各元素化合价代数和为零”，则2x+（-2）×3=0，解得x=+3；
中铁、氧元素的质量比为（56×2）：（16×3）=7:3。
（3）二氧化硫排放到空气中会形成酸雨。
（4）结合化学式可知，孔雀石中含有铜、氢、碳、氧四种元素。
考点二 金属的冶炼
【例2】我国有着悠久的炼铁史，古今方法对比，差异之间，更能体现民族的传承与进步。
I：古代：《天工开物》中记载：“凡铁一炉载土(指铁矿石，下同)二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭或用木炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。土化成铁之后，从炉腰孔流出。”根据文本和图一内容回答下列问题：
(1)常见的“土”有赤铁矿和 (答1种即可)。
(2)从燃烧的角度分析，“扇炉风箱”的作用是 。
II：近代：近代炼铁方法采用高炉炼铁，如图二所示：
(3)写出C区发生反应的化学方程式 。
(4)B区发生的反应在能量变化上属于 反应(填“吸热”或“放热”)。
III：现代：“双碳”背景下“以氢减碳”的氢冶金成为优化能源结构、实现绿色低碳的有效途径之一，竖炉炼铁如图三：
(5)炼铁时，常会把铁矿石粉碎，粉碎的目的是： ，提高反应速率，使反应充分进行。
(6)炼制生铁经过处理可制成锰钢，常用于坦克装甲、挖掘机铲斗，应用中主要体现锰钢的物理性质有___________(填字母)。
A．硬度大、熔点低 B．韧性好、硬度大 C．抗腐蚀性好
【答案】(1)磁铁矿、菱铁矿
(2)提供充足的氧气
(3)
(4)吸热
(5)增大反应物间接触面积
(6)B
【详解】（1）常见的铁矿石除赤铁矿外，还有磁铁矿、菱铁矿等 。
（2） 燃烧需要氧气，“扇炉风箱” 能鼓入空气，提供充足的氧气，促进燃料充分燃烧，提高炉温。
（3） 一氧化碳具有还原性，在高温条件下能还原氧化铁，生成铁和二氧化碳，化学方程式为。
（4）B区发生的反应是焦炭还原二氧化碳，属于吸热反应；
（5）炼铁时，将铁矿石等粉碎的目的是增大反应物间接触面积，加快反应速率，使反应更充分；
（6）坦克装甲应用的材料主要是锰钢，则该金属材料应具有的物理性质是韧性好、硬度大，故选：B。
【变式2-1】我国科学家研发了一种闪速炼铁技术，用氢气还原铁矿石粉，只需3～6秒即可完成传统高炉5～6小时的炼铁过程，且还原率大于90%。如图为传统高炉炼铁和闪速炼铁的示意图。下列说法不正确的是
注：“品位”指矿石中有用元素或有用矿物含量的百分率，百分率越大，品位越高。传统高炉炼铁通常使用高品位铁矿石。
A．传统高炉炼铁是用焦炭直接还原铁矿石高温
B．闪速炼铁技术通过将粉状铁矿砂喷入高温还原塔内，实现快速还原
C．与传统高炉炼铁相比，闪速炼铁技术能有效处理低品位铁矿石
D．闪速炼铁技术通入过量氢气，出炉烟气中含有较多的氢气可回收利用
【答案】A
【详解】A、在传统高炉炼铁中，焦炭（C）通过反应最终转化成一氧化碳（CO），然后主要由CO将铁矿石还原成铁，错误，A选项符合题意；
B、状铁矿砂接触面积大，喷入高温还原塔内，可实现快速还原，正确，B选项不符合题意；
C、闪速炼铁技术，由于其反应条件和工艺特点，能够更有效地处理低品位铁矿石，可以在一定程度上降低对铁矿石品位的依赖，提高低品位铁矿石的利用率，正确，C选项不符合题意；
D、闪速炼铁技术，为保证铁矿砂能充分被还原，通入过量氢气，氢气作为还原剂参与反应，反应后未反应的氢气会随着炉烟气排出，由于氢气具有可燃性，可将氢气进行回收利用，正确，D选项不符合题意。
故选：A。
【变式2-2】工业炼铁所用高炉的结构如图1所示，高炉中发生的反应过程如图2中的过程Ⅰ到过程Ⅲ所示。
(1)石灰石在高炉炼铁中主要作用是将矿石中的 转变为炉渣。
(2)过程Ⅱ发生的反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(3)如果用的铁矿石为磁铁矿，则过程Ⅲ中发生反应的化学方程式为
(4)过程Ⅳ通入O2主要是为了降低生铁中 元素的含量。
(5)炼铁时，炉内的热量是来自于① 能转化而来，该反应中焦炭具有② 性。
(6)进风口通入的是 。
【答案】(1)二氧化硅
(2)吸热
(3)
(4)碳
(5) 化学 可燃
(6)热空气(或热N2、O2)
【详解】（1）铁矿石中的杂质二氧化硅会与石灰石反应转变为炉渣除去；
（2）过程Ⅱ发生的反应是焦炭与二氧化碳在高温的条件下反应生成一氧化碳，该反应是吸热反应；
（3）如果用的铁矿石为磁铁矿，磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，则过程Ⅲ中四氧化三铁与一氧化碳在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：；
（4）生铁和钢的区分是含碳量不同，生铁中的含碳量更高，所以生铁转变为钢，是为了降低生铁中碳元素的含量；
（5）炼铁时，炉内的热量是来自于焦炭燃烧放出的热量，即化学能转化为热能；该反应中焦炭燃烧，具有可燃性；
（6）进风口通入的是热空气，焦炭燃烧需要氧气。
【变式2-3】利用赤铁矿石（主要成分为）炼铁的工艺流程示意图如下所示。回答下列问题：
(1)将矿石粉碎的目的是 。
(2)还原反应室中发生反应的化学方程式为 （任写一个）。
(3)催化反应室中发生的反应之一为。其中的化学式为 。
(4)燃烧室为还原反应室提供热量，其中的能量转化是将 能转化为热能。
(5)铁具有广泛的用途，举一例 。写出日常生活中防止铁制品生锈的一种方法 。
【答案】(1)增大反应物的接触面积，使反应更充分
(2)（或）
(3)
(4)化学
(5) 制铁锅 刷油漆（其他合理答案均可）
【详解】（1）矿石粉碎是为了增大反应物的接触面积，使反应更充分；
（2）还原反应室中、均可与赤铁矿石中的反应生成，反应的化学方程式为、；
（3）根据化学反应前后原子种类、数目不变，反应后C、O、H原子个数分别为2、2、4，反应前已有C、O、H原子个数分别为1、0、4，则一个X分子中含有1个C原子、2个O原子，X为；
（4）燃烧室中燃料的燃烧过程是将化学能转化为热能；
（5）铁可以制成铁锅等；铁与氧气、水共同接触时易生锈，日常生活中可通过刷油漆、保持铁器具表面干燥等方法隔绝氧气和水，防止铁生锈。
考点三 有关化学反应中杂质问题的计算
【例3】为测定某含杂质4%的黄铜样品中铜的质量分数（样品由Cu、Zn和杂质组成，杂质不含铜、锌元素，杂质不发生反应，不溶于水），某化学小组进行了如下实验：取20 g黄铜样品，向其中分3次，每次加入15 g稀盐酸，充分反应后数据如图所示
实验次序 第一次 第二次 第三次
稀盐酸质量/g 15 g 15 g 15 g
气体质量/g 0.08 g m 0.04 g
(1)发生反应的化学方程式为 。
(2)m= g。
(3)该黄铜样品中锌的质量分数为 。
(4)若用127 t赤铜矿含81%的Cu O炼制该黄铜，理论上能炼出该黄铜的质量为 t。
【答案】(1)
(2)0.08
(3)32.5%
(4)144
【详解】（1）杂质不发生反应，Cu的活动性在H之后，所以只有Zn和HCl反应，生成ZnCl2和H2，化学方程式为:
（2）稀盐酸分三次加入黄铜样品中，均有气体产生，说明前两次锌没有反应完，而稀盐酸完全反应，前两次消耗HCl的质量相等，产生气体的质量也相等，所以m=0.08g。
（3）第三次产生的气体减少，说明在第三次反应中锌不足，反应后样品中的锌已完全消耗。
锌完全反应产生氢气的质量为0.08g+0.08g+0.04g=0.2g。
设黄铜样品中锌的质量为x
x=6.5g
该黄铜样品中锌的质量分数为；
（4）在黄铜样品中，杂质占4%，锌占32.5%，所以铜的质量分数为1-4%-32.5%=63.5%，
那么赤铜矿理论上能炼出该黄铜的质量为。
【变式3-1】磁铁矿石（主要成分为）是常用的炼铁原料，工业上可通过CO在高温的条件下将转化为Fe。
(1)中铁、氧的微观粒子数目之比为 ；
(2)假设炼铁过程中铁没有损耗，用含348吨的磁铁矿石理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？（用化学方程式计算，并写出计算过程）
【答案】(1)3:4
(2)设理论上可以炼出铁的质量为x。因为生铁含铁96%，所以含杂质的生铁质量为252 吨÷96%=262.5 吨。
【详解】（1）在一个四氧化三铁分子中，铁原子的个数是3，氧原子的个数是4，所以铁、氧的微观粒子数目之比为3:4。
（2）见答案。
【变式3-2】磁铁矿（主要成分是Fe3O4）是冶炼生铁的常用原料。若测得某磁铁矿石中铁元素的质量分数为42％。（假设杂质不含铁元素）请回答下列问题：
(1)四氧化三铁中铁元素与氧元素的质量比为 。
(2)该矿石中四氧化三铁的质量分数为 。（精确到0.1%）
(3)若要得到纯铁21t，从理论上计算需要这种磁铁矿 t。（精确到0.1）
【答案】(1)21:8
(2)58.0%
(3)50.0t
【详解】（1）由Fe3O4可知铁元素与氧元素的质量比为；
（2）该矿石中四氧化三铁的质量分数为：；
（3）根据元素守恒，矿石中的铁元素质量等于纯铁中铁元素质量。需要这种磁铁矿的质量为：。
【变式3-3】钛()和钛合金是二十一世纪重要的金属材料，享有“未来金属”的美称，可用于制造航天飞机、船舶等。工业上生产钛的反应为。
(1)若用金属镁与足量完全反应，理论上可生成金属钛的质量是多少？(写出计算过程)
(2)上述反应需要在氦气环境下进行，氦气的作用是 。
【答案】(1)设理论上可生成金属钛的质量是。
，
答：理论上可生成金属钛的质量是。
(2)作保护气，防止金属镁和钛被空气中的氧气氧化(合理即可)
【详解】（1）见答案；
（2）加热条件下，镁、钛金属与氧气均能发生反应，而氦气化学性质稳定，因此反应需要在氦气环境下进行，氦气起到保护气的作用。
基础达标
1．铝及铝合金有很多优良性能，铝土矿的主要成分是
A．SiO2 B．Al2O3 C．Fe3O4 D．CaCO3
【答案】B
【详解】铝土矿的主要成分Al2O3；
故选B。
2．实验室利用如图装置模拟工业炼铁，有关说法错误的是
A．澄清石灰水可检验生成的
B．将尾气点燃，可防止污染空气
C．“炼铁”的化学方程式为
D．实验得到的固体产物能被磁铁吸引
【答案】C
【详解】A、CO2能使澄清的石灰水变浑浊，该实验中澄清石灰水的作用是检验生成的CO2。此选项正确。
B、该实验的尾气中含有没有参加反应的CO，CO有毒，是空气污染物。将尾气点燃，将有毒的CO转化成无毒的CO2，可防止污染空气。此选项正确。
C、化学方程式没有配平，正确的化学方程式为：。此选项错误。
D、实验得到的固体产物是铁，能被磁铁吸引。此选项正确。
故选C。
3．图1是实验室模拟炼铁的装置图，图2是炼铁高炉模型，下列说法不正确的是
A．图1：实验开始时，应先通一段时间后，点燃酒精喷灯
B．图1：实验过程中当看到红色固体变黑色，澄清石灰水变浑浊，说明有铁生成
C．图2：高炉炼铁的原料有铁矿石、石灰石、焦炭、热空气
D．图2：炉渣出口高于生铁出口，说明炉渣密度小于生铁密度
【答案】B
【详解】A、实验开始时，应先通CO一段时间后，再点燃酒精喷灯，把装置中的空气排出，以免加热CO与空气的混合物时发生爆炸，故说法正确；
B、一氧化碳还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁或氧化亚铁，也是黑色的，故实验过程中当看到红色固体变黑色，澄清石灰水变浑浊，不能说明有铁生成，故说法不正确；
C、高炉炼铁的原料有铁矿石、石灰石、焦炭、热空气，故说法正确；
D、炉渣出口高于生铁出口，说明炉渣是浮在生铁上面的，所以炉渣密度小于生铁密度，故说法正确。
故选B。
4．如图为实验室模拟工业炼铁的装置图，相关说法正确的是
A．实验时先点燃酒精喷灯，再通CO
B．实验中可观察到黑色固体逐渐变红，澄清石灰水变浑浊
C．该装置缺少尾气处理，会产生污染
D．该实验体现了CO的氧化性
【答案】C
【详解】A、一氧化碳具有可燃性，与空气混合加热可能会发生爆炸，实验开始时要先通入一氧化碳排尽装置内的空气，再点燃酒精喷灯。否则可能引起爆炸，故A错误；
B、氧化铁是红棕色的，铁是黑色的，反应生成了二氧化碳，可以使澄清石灰水变浑浊，所以可以观察到红色固体变黑，澄清石灰水变浑浊，故B错误；
C、实验的尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，直接排放会污染空气，应在末端加装尾气处理装置，如放一盏燃着的酒精灯将一氧化碳点燃，故C正确；
D、一氧化碳在反应中夺取了氧化铁中的氧，被氧化，体现了还原性，故D错误；
故选C。
5．工业上把铁矿石、焦炭和石灰石一起投入高炉内，从下方通入热空气，最后得到生铁。下列说法中，正确的是
A．矿石中含铁元素就可用作炼铁原料 B．焦炭只起为反应提供还原剂的作用
C．所得生铁的含碳量在2%~4.3%范围 D．高炉炼铁过程中，所用赤铁矿石的主要成分是
【答案】C
【详解】A、矿石中含铁元素且铁元素含量较高、易冶炼时才可用作炼铁原料，不是只要含铁元素就可以，该选项错误。
B、焦炭不仅为反应提供还原剂（与二氧化碳反应生成一氧化碳），还为炼铁提供热量，该选项错误。
C、生铁的含碳量在2%~4.3%范围，该选项正确。
D、赤铁矿石的主要成分是Fe2O3，不是Fe3O4，该选项错误。
故选C。
6．铁是应用最广泛的金属。下列有关说法正确的是
A．铁制品高温处理后，表面形成的致密氧化膜有防腐作用
B．炼铁原理是用合适的物质将单质铁转化为氧化铁
C．将生铁中的大部分碳反应除去得到的钢是纯净物
D．日常生活中的废旧铁制品直接填埋处理
【答案】A
【详解】A、铁制品高温处理表面形成致密氧化膜（如四氧化三铁），能防止内部铁进一步氧化，有防腐作用，符合题意；
B、炼铁原理是将氧化铁还原为铁单质，不是将铁转化为氧化铁，不符合题意；
C、钢是铁合金，含碳等元素，属于混合物，不符合题意；
D、废旧铁制品应回收利用，直接填埋浪费资源且污染环境，不符合题意。
故选A。
7．工业上冶炼铁的反应原理为。下列有关说法正确的是
A．该反应中体现出还原性
B．冶炼铁使用的原料是磁铁矿的主要成分
C．反应中观察到黑色固体变为红棕色
D．工业冶炼铁所产生的尾气可以直接排放
【答案】A
【详解】A、在反应中，CO夺取了Fe2O3中的氧，将Fe2O3还原为Fe，自身被氧化为CO2，体现了CO的还原性，该选项正确；
B、磁铁矿的主要成分是Fe3O4，而Fe2O3是赤铁矿的主要成分，该选项错误；
C、反应中是红棕色的Fe2O3被还原为黑色的Fe，所以现象是红棕色固体变为黑色，该选项错误；
D、工业冶炼铁产生的尾气中含有未反应的CO，CO是有毒气体，会污染空气，不能直接排放，该选项错误。
故选A。
8．明代科学著作《天工开物》描述了古代炼铁的方法：“或用木炭，扇炉风箱，土(铁矿石)化成铁”。下列有关说法正确的是
A．赤铁矿石的主要成分是 Fe3O4 B．炼铁得到的是生铁
C．炼铁的反应属于复分解反应 D．木炭在炼铁的过程中只提供热量
【答案】B
【详解】A、赤铁矿石的主要成分是氧化铁，化学式为：Fe2O3，故选项说法错误；
B、古代炼铁通过高温还原铁矿石，最终得到含碳量较高（约2%-4.3%）的生铁，故选项说法正确；
C、炼铁的原理是氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，该反应不属于复分解反应，故选项说法错误；
D、木炭不仅提供热量，还会生成CO（一氧化碳）作为还原剂参与反应，故选项说法错误。
故选：B。
9．如图是竖炉炼铁的工艺流程图，下列说法正确的是
A．赤铁矿是 B．燃烧室中可能加入焦炭
C．天然气是可再生资源 D．催化室中发生了置换反应
【答案】B
【详解】A、赤铁矿的主要成分氧化铁，化学式是Fe2O3，A错误；
B、燃烧室中可能加入焦炭做燃料，B正确；
C、天然气是化石燃料，属于不可再生资源，C错误；
D、置换反应是一种单质和一种化合物反应，生成另一种单质和化合物。催化室中二氧化碳和甲烷都属于化合物，所以它们之间的反应不属于置换反应，D错误。故选B。
10．我国炼铁始于春秋时代，随后炼铁规模和技术不断发展。近年来，我国钢铁工业持续快速发展，建成了门类齐全，独立完整的产业体系。联合钢铁工业的基本生产流程如图。
请回答下列问题：
(1)写出高炉中以赤铁矿(主要成分是Fe2O3)为原料炼铁的化学方程式 。
(2)炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是 ；焦炭在炼铁过程中的主要作用是 。
(3)工业炼钢时，用纯氧的目是 ，与纯铁相比，钢坯 (填字母)。
a.熔点变高 b.硬度变大 c.抗腐蚀性增强
【答案】(1)
(2) 增大反应物接触面积，使反应更快、更充分 提供热量，产生还原剂一氧化碳
(3) 与生铁中的碳反应，降低含碳量 bc
【详解】（1）高炉中以赤铁矿主要成分是为原料炼铁时，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳反应的化学方程式：，故应填写：；
（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是增大反应物接触面积，使反应更快、更充分；焦炭在炼铁过程中的主要作用是通过燃烧为反应提供热量，同时与生成二氧化碳反应产生还原剂一氧化碳。故填：①增大反应物接触面积，使反应更快、更充分；②提供热量，产生还原剂一氧化碳；
（3）生铁的含碳量高于钢，工业炼钢时，用纯氧的目是与生铁中的碳反应，降低含碳量；与纯铁相比，钢坯硬度变大、抗腐蚀性增强。故应填写：①与生铁中的碳反应，降低含碳量；②bc。
综合应用
11．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)炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。
(3)撒入潮泥灰主要作用是 。
【答案】(1)磁铁矿（合理即可）
(2)
(3)将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去
【详解】（1）常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿等；
（2）炼铁炉中生成铁的反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；
（3）潮泥灰主要成分是石灰石，炼铁过程中石灰石的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。
12．钢铁是使用最多的金属材料。某化学小组利用如图装置模拟工业炼铁的实验。
(1)写出玻璃长管中发生反应的化学方程式 。
(2)检验CO还原Fe2O3反应的气体生成物的实验现象是 ，该反应的化学方程式为 。
(3)a处尾气被点燃作用是 ，写出反应的化学方程式 。
(4)如果没有酒精喷灯，可以用酒精灯加网罩，网罩作用 。
(5)实验前先通一氧化碳的作用是 。
【答案】(1)
(2) 澄清石灰水变浑浊
(3) 防止一氧化碳污染空气 2CO+ O22CO2
(4)提高温度，使反应能在高温条件下顺利进行
(5)排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
【详解】（1）一氧化碳（CO）与氧化铁（Fe2O3）在高温条件下反应生成铁（Fe）和二氧化碳（CO2），化学方程式为：。
（2）CO还原Fe2O3的气体生成物是CO2，CO2能使澄清石灰水变浑浊，所以实验现象是澄清石灰水变浑浊。
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：。
（3）一氧化碳有毒，会污染空气，a处尾气点燃的作用是防止一氧化碳污染空气。
一氧化碳燃烧生成二氧化碳，化学方程式为：2CO+ O22CO2。
（4）网罩能集中火焰，提高温度，使反应能在高温条件下顺利进行。
（5）一氧化碳具有可燃性，与空气混合加热可能会发生爆炸，实验前先通一氧化碳是为了排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。
13．《天工开物》蕴含丰富的化学知识，当中记载了生铁与熟铁连续生产的工艺，其流程如图所示，
(1)燃料燃烧是熔炼炉实现高温的方式，这一过程中 能转化为热能。
(2)炼铁用到的矿石有赤铁矿和磁铁矿，其中赤铁矿的主要成分为 (填化学式)，过程中不断拉动风箱向炉内送进空气目的是 。
(3)冶炼熟铁的“黑色湿泥”[有效成分为磷酸铁(FePO4)]作为熔剂可加快反应，其中磷酸铁中磷元素的化合价为 ，“黑色湿泥”需捣碎，用木棍快速搅拌，能使灼热铁水中的碳被氧化，其化学方程式为 。
(4)铁制品的应用很广泛，为了防止铁生锈，通常会在其表面刷漆，原理是 。
【答案】(1)化学
(2) 提供充足的氧气，促进燃烧
(3) +5
(4)阻隔铁与空气中的水分和氧气接触，从而防止铁生锈
【详解】（1）物质燃烧的过程中将化学能转变为热能，故填：化学；
（2）赤铁矿的主要成分是三氧化二铁，化学式为：，故填：；
过程中不断拉动风箱向炉内送进空气，可以为燃烧提供充足的氧气，促进燃烧，故填：提供充足的氧气，促进燃烧；
（3）根据读作磷酸铁可知铁为+3价，氧常为-2价，在化合物中各元素化合价代数和为零，假设P的化合价为x，则：，解得x=+5，故填：+5；
“黑色湿泥”需捣碎，用木棍快速搅拌，能使灼热铁水中的碳被氧化，碳被氧化的化学方程为：，故填：；
（4）铁与空气中的氧气和水同时接触易生锈，在铁制品表面刷漆可有效阻隔铁与空气中的水分和氧气接触，从而防止铁生锈，故填：阻隔铁与空气中的水分和氧气接触，从而防止铁生锈。
14．工业上常用赤铁矿或磁铁矿炼铁。根据矿石的质量可以计算炼出铁的质量。
(1)工业炼铁的尾气处理方法 。
(2)900t含四氧化三铁58%的磁铁矿石，理论上能炼出含铁90%的生铁的质量是多少？(根据化学方程式计算，写出计算过程)
【答案】(1)将尾气点燃/收集
(2)420t
解：设理论上能炼出含铁90%的生铁的质量为x，
答：理论上能炼出含铁90%的生铁的质量为420t。
【详解】（1）工业炼铁的尾气中含有一氧化碳，一氧化碳具有毒性、可燃性，所以处理方法是将尾气点燃或收集，故填：将尾气点燃或收集；
（2）见答案。
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15．金属矿物是宝贵的自然资源。
(1)图一展示了古代将生铁炼成熟铁(钢)的过程，原理是降低生铁中的 。
(2)图二是现代高炉炼铁的过程，写出反应2的化学方程式 。
(3)图二中进料口加入了一定质量纯度为80%的赤铁矿(所含杂质不发生化学反应也不含有铁元素)，冶炼过程中损失率为4%，若A口流出含杂质4%的生铁140t，则加入赤铁矿的质量为 t。
(4)炼铁厂、化工厂等都本着回收利用能源，废液、废气回收的原则。某化工厂为回收废旧金属，向含有硝酸银和硝酸铜的废液中加入一定质量的锌粉，充分反应后过滤，得到无色滤液和滤渣，滤渣中可能含有 (填化学式，下同)，滤液中的溶质是 。
【答案】(1)含碳量
(2)
(3)250
(4) Zn Zn(NO3)2
【详解】（1）生铁含碳量为2% 4.3%，钢的含碳量为0.03% 2% ，将生铁炼成熟铁（钢）的原理是降低生铁中的含碳量；
（2）炼铁高炉中，反应1为碳与氧气高温生成二氧化碳，反应2为二氧化碳与碳高温生成一氧化碳，反应3为一氧化碳高温还原铁的氧化物生成铁和二氧化碳，故反应2的化学方程式为：；
（3）解：设加入赤铁矿的质量为x
（4）金属活动性Zn＞Cu＞Ag，向含有AgNO3和Cu(NO3)2的废液中加入锌粉，锌先与AgNO3反应，生成Zn(NO3)2溶液和银，AgNO3反应完，若还有锌粉，锌再与Cu(NO3)2反应生成Zn(NO3)2溶液和铜。得到无色滤液，说明Cu(NO3)2完全反应，滤渣中一定有Ag、Cu，可能有过量的Zn；滤液中的溶质只有Zn(NO3)2。
16．《天工开物》是我国古代一部综合性的科技巨著，被誉为是“中国17世纪的工艺百科全书”。详细记载了我国古代炼铁和锌的冶炼方法。
(1)锌的冶炼方法∶将炉甘石（主要成分为ZnCO3）与煤炭饼混合后装入炼锌罐，罐口用泥密封（杂质不参与反应），[提示∶ZnCO3受热分解可生成ZnO等]。
①流程中“粉碎”属于 变化。（填“物理”还是“化学”） 。
②将矿石粉碎的目的是：增大接触面积，使反应更充分，并 。
③炉甘石与煤炭饼混合后高温，写出其中置换反应的化学方程式 。
(2)根据下图回答问题：
①写出图A中右侧试管内发生反应的实验现象：澄清石灰水变 。
②写出图B中直玻璃管内发生反应的化学方程式 。
③图C中高炉炼铁的原料是赤铁矿石、石灰石、 和热空气。
④若图A和图B中澄清石灰水中产生白色沉淀的质量相等，则图A和图B中参加反应氧化铁的质量比为 。
【答案】(1) 物理 增大反应速率
(2) 澄清石灰水变浑浊 焦炭 2∶1
【详解】（1）①流程中“粉碎”只是形状的变化，没有新物质生成，属于物理变化。
②将矿石粉碎的目的是增大接触面积，使反应更充分，并增大反应速率。
③置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，结合题中所给提示可知，高温条件下炉甘石（主要成分为ZnCO3）与煤炭饼混合，碳酸锌在高温条件下先发生分解反应产生氧化锌和二氧化碳，然后碳与氧化锌在高温条件下发生置换反应生成锌和二氧化碳，则置换反应的化学方程式为。
（2）①图A中木炭和氧化铁高温条件下反应生成铁和二氧化碳，二氧化碳进入右侧试管内与澄清石灰水反应产生白色沉淀，则发生反应的实验现象是澄清石灰水变浑浊。
②图B中直玻璃管内发生的是一氧化碳与氧化铁高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为。
③图C中高炉炼铁的原料是赤铁矿石、石灰石、焦炭和热空气。
④若图A和图B中澄清石灰水中产生白色沉淀的质量相等，则图A和图B中生成二氧化碳质量相等，图A和图B中氧化铁发生反应的方程式及氧化铁和二氧化碳质量关系为：
、，则澄清石灰水中产生等质量白色沉淀时图A和图B中参加反应氧化铁的质量比为2：1。
17．《天工开物》记载了锡的冶炼方法：入砂(指锡砂)数百斤，丛架木炭亦数百斤，鼓鞲(指鼓入空气)熔化……用铅少许勾引(作引子)，方始(锡)沛然流注。其反应原理为。
(1)“丛架木炭亦数百斤……”，上述反应原理是利用了碳单质的 性。
(2)现有含：的锡砂，理论上可以炼出锡的质量是多少？(写出计算过程)
【答案】(1)还原
(2)设理论上可以炼出锡的质量是x，
x=119kg，
答：理论上可以炼出锡的质量是119kg。
【详解】（1）根据可知，SnO2在反应过程中失去氧转化为Sn，木炭得到氧，属于还原剂，故碳单质具有还原性；
（2）见答案。
18．工业炼铁是把赤铁矿和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气进行一系列反应把铁还原出来。根据赤铁矿的质量可以计算炼出的铁的质量。
(1)工业炼铁中焦炭的作用是 。
(2)冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是多少？(写出完整的计算步骤)
【答案】(1)燃烧提供热量并生成一氧化碳来还原氧化铁
(2)解：设冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是答：冶炼112t含杂质5%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿的质量是190t。
【详解】（1）焦炭燃烧能够为工业炼铁提供热量，同时会生成一氧化碳，一氧化碳能还原氧化铁生成铁，故焦炭的作用是燃烧提供热量并生成一氧化碳来还原氧化铁；
（2）见答案。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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