资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
8.3 金属资源的利用和保护
题型01 常见的金属矿物及其成分
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。
【典例1】下列矿石与其主要成分对应不一致的是
A．磁铁矿— B．赤铜矿—
C．赤铁矿— D．黄铁矿—
【变式1-1】广西铝土矿资源丰富.铝土矿的主要成分是
A．二氧化硅 B．氧化铝 C．四氧化三铁 D．碳酸钙
【变式1-2】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A12O3） D．赤铜矿（主要成分是Cu2O）
【变式1-3】“祝融号”火星车探测发现火星地表被赤铁矿覆盖而呈橘红色，赤铁矿主要成分是
A．Fe3O4 B．Fe2O3 C．FeO D．FeCO3
题型02 铁的冶炼原理
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）。
【典例2】如图是模拟工业炼铁的实验。
（1）澄清石灰水可用来检验反应后生成的气体，原理为 (用化学方程式表示)。
（2）在装置中先通CO气体的作用是 。
（3）工业上冶炼铁时需要加入石灰石，石灰石(主要成分为CaCO3)在高温下可将铁矿石中的SiO2转变为炉渣(CaSiO3)，同时生成一种氧化物，反应过程中化合价不变。该反应的化学方程式为 。高炉中焦炭的作用是① ；② 。
（4）常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿等，其中磁铁矿主要成分的化学式为 ；矿石入炉前进行粉碎，目的是 。
【变式2-1】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 ，金属网罩的作用是 ，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 。
【变式2-2】纳米铁（单质铁）在环保领域应用广泛，以菱铁矿（主要成分为，杂质中不含铁元素、不溶于水且不与其他物质发生反应）为原料，制备纳米铁的反应为：．加热一段时间后，某学习小组对剩余固体的组成进行探究．（已知有类似于碳酸钙的化学性质，装置气密性良好，装置内试剂均足量）学习小组利用如图所示装置对剩余固体的成分及质量分数进行探究：
实验步骤：Ⅰ．打开通一段时间，关闭，点燃E处的酒精灯．向盛有质量为剩余固体的锥形瓶中加入足量的稀硫酸，锥形瓶中有气泡产生且溶液变为浅绿色．
Ⅱ．实验过程中，E处玻璃管内出现了明显的现象．
Ⅲ．充分反应后，熄灭酒精灯，继续通一段时间至装置冷却到室温．实验结束后测得：装置A中固体减少了、装置C质量增重、装置D质量增重，装置F内固体增重．
（1）仪器①的名称为 （填“锥形瓶”或“广口瓶”）．
（2）装置A中发生反应的化学方程式 （任写一个即可）．
（3）装置E中可观察到的现象为 ．
（4）原菱铁矿中铁元素质量为 ．
（5）关于该实验的下列说法正确的是________．
A．经分析该剩余固体成分为Fe、
B．剩余固体中Fe的质量为：
C．若没有D装置，则测得剩余固体中Fe的质量分数偏大
D．步骤Ⅰ通一段时间的目的只是防止空气中二氧化碳干扰实验
【变式2-3】2017年5月，我国在南海海域成功开采天然气水合物——可燃冰，可燃冰是甲烷与水在低温、高压的条件下形成的无色、冰状固体，是最具开发前景的能源之一。可燃冰的主要成分是，在开采过程中若甲烷泄漏，会导致严重温室效应。某校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与：
【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
【查阅资料】含碳元素的物质完全燃烧生成，不完全燃烧生成CO；无水（白色粉末）遇水变蓝，氧化铁粉末呈红棕色，铁粉呈黑色。
【猜想与假设】
甲： 乙：CO、
丙： 丁：
（1）你认为 同学的猜想是错误的，理由是 。
【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过下列装置，进行验证：
（2）A、B装置的顺序不能颠倒，原因是 。
（3）实验中用纯净而不用空气的原因是 。
（4）实验中观察到A中 ，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中红棕色粉末变成黑色，由此推断 同学猜想成立。
（5）请写出B中澄清石灰水变浑浊的化学方程式 。
题型03 高炉炼铁及炉内化学反应
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 。
【典例3】铁矿石炼成铁是一个复杂的过程。炼铁高炉和炉内主要反应如下图所示。
高炉炼铁工业会产生大量，利用天然气代替焦炭炼铁可以减少排放，天然气炼铁的原理如下图所示(括号内为主要成分的化学式)。
查阅资料：在催化剂作用下，与或反应均可生成CO和。
（1）将赤铁矿石粉碎再投放，粉碎的目的是 。
（2）上图炼铁高炉中，炉内反应生成的 (填化学式)将氧化铁还原为铁单质。
（3）与焦炭炼铁相比，下图天然气炼铁能减少排放的原因是 。
【变式3-1】《天工开物》中记载常见铁矿石：“质有土锭，碎砂数种”，以及炒钢法：“凡铁分生、熟，出炉未炒则生，既炒则熟”，已知“潮泥灰”主要成分是石灰石。该方法的生产过程可用如图表示。下列理解错误的是
A．图甲中的“生铁”属于铁合金，硬度比纯铁大
B．“潮泥灰''主要作用是将二氧化硅转化为炉渣
C．“既炒则熟”是为了降低生铁中的含碳量
D．炼铁炉中发生的反应是：3CO+Fe2O32Fe+3CO2↑
【变式3-2】竖炉炼铁是一种重要的炼铁方法，其工艺流程如图所示。
(注：括号内化学式表示相应物质的主要成分)
（1）加入的赤铁矿石要进行粉碎，目的是 。
（2）“燃烧室”中CH4的作用是 。
（3）该工艺流程中，可循环利用的物质是___________(填字母)。
A．CH4和O2 B．CO2和H2O C．CO和O2
【变式3-3】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，该方法的生成过程可用图2表示。根据图文回答下列问题：

资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535℃
（1）常见的铁矿石有赤铁矿和 （写一种）。
（2）将铁矿石、煤捣碎的目的是 。
（3）不断鼓入空气的目的是 。
（4）炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。
（5）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。
（6）钢的性能优良，如钢的熔点比纯铁 ，（填“高”或“低”）易于加工。
题型04 含杂质的化学方程式计算
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。
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。
【典例4】工业上可利用的反应来冶炼铁。现用含四氧化三铁的某铁矿石冶炼金属铁。请计算：
（1）该铁矿石中含四氧化三铁的质量是 。
（2）理论上可炼出含铁的生铁的质量是多少 ？(写出计算过程)
【变式4-1】小陆和化学兴趣小组的同学为了测定铁样品中铁的质量分数(杂质不含铁元素，不溶于水，也不与其他物质发生反应)，进行了如下实验：
请回答下列问题：
（1）上述实验过程中发生反应的化学方程式为 ；
（2）此铁样品中铁的质量分数为 ；
（3）若要用含氧化铁80%的赤铁矿生产上述铁样品1000t，需要赤铁矿的质量为 。
3．某钢铁厂每天可生产出的生铁（杂质只有碳），其中含有纯铁。
（1）写出以赤铁矿炼铁的化学反应原理 。
（2）若以来炼铁，计算需要 t。（假设元素无损失）
4．以FeSO4·7H2O为原料制备铁红（化学式为Fe2O3），其中间产物FeO（OH）固体煅烧制得Fe2O3的反应如下：2FeO（OH）Fe2O3+H2O↑。
（1）其他条件相同时不同煅烧温度对产品中Fe2O3质量分数的影响如图。煅烧的最佳温度为 。
（2）煅烧温度较低时，产品中氧化铁质量分数偏低的原因是 。
（3）用该方法制备Fe2O3，将110.8t的FeO（OH）在一定温度下煅烧一段时间后，冷却至室温，得到固体质量为100t，求反应后固体中Fe2O3的质量分数。（写出计算过程）
（4）冶炼1000t含杂质4%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿石的质量为 （结果精确到0.1）。
题型05 铁生锈条件的探究
铁钉生锈条件的探究
目的 设计对比实验，得出铁钉生锈的条件
实验图示
一周后的实验现象 铁钉表面生成了一层 的物质，在水面与空气交界处的铁钉部分，生成的红棕色物质最 铁钉表面 铁钉仍光亮如初
实验分析 铁钉同时与水、氧气接触，易生锈 铁钉只与水接触而不与氧气接触，不易生锈 铁钉只与干燥的空气接触而不与水接触，不易生锈
实验结论 铁钉生锈需要铁与空气中的 、 同时接触，发生化学反应
①酸和 等可以加快铁制品的锈蚀。
【典例5】请你与兴趣小组的同学一起探究铁制品锈蚀的条件：
实验设计：
（1）实验现象：一周后，试管 中的铁钉会生锈。
（2）实验分析：
①A中蒸馏水的上面加入一层植物油的作用是 。A中加入的蒸馏水要先煮沸，并迅速冷却，其目的是 。
②对比B、C中的现象可获得的结论是 。由实验 (填字母，下同)和 对比可得到铁生锈需与氧气接触的结论。
（3）实验结论：铁生锈的条件是 。
【变式5-1】用三枚洁净无锈铁钉探究铁生锈条件的实验如图所示。下列说法正确的是
A．实验中使用的蒸馏水可以用自来水替代
B．一周后，甲、乙中的铁钉都有明显锈迹
C．由实验乙、丙可知铁生锈需要有水参与
D．实验乙中植物油的作用是防止空气中的氧气溶于水中
【变式5-2】高铁建设因铁锈蚀报废了很多钢铁。同学们对影响铁锈蚀的因素进行如下探究。一段时间后，观察到图1中Ⅳ铁钉比Ⅰ中铁钉锈蚀更严重，Ⅱ、Ⅲ中铁钉无明显变化。按图2利用等浓度、等体积的、NaCl溶液分别进行实验，测得装置内氧气浓度的变化情况如图3。下列描述错误的是
A．比较图1中Ⅰ、Ⅱ和Ⅰ、Ⅲ可得出铁生锈的条件
B．对比Ⅰ与Ⅳ以及图3可知铁生锈还与盐有关
C．由图3可知，两曲线呈“先陡后缓”的趋势的原因是氧气浓度下降
D．在三颈烧瓶接压强传感器，生铁粉末生锈后瓶内压强是起始的1/5
【变式5-3】小李在学习完“金属的利用与保护”相关内容后，回想起自己某次去海滩游玩，发现海边的铁栏杆都有不同程度的锈斑，并且与海水接触的栏杆的锈蚀程度比其他地方的更明显，于是对铁生锈的原因产生兴趣，和同学们一起按照如图装置进行实验。
已知：①钢丝棉是一种由低碳钢制成的细丝，实验所用蒸馏水均经过煮沸处理，其中氧气含量可忽略不计；
②海水中含有大量氯化钠(食盐的主要成分)。
（1）实验一周后，观察到注射器A中钢丝棉 (填“有”或“无”)锈斑出现，活塞 (填“向上”“向下”或“不”)移动，产生该现象的原因是 。
（2）注射器B中干燥剂的作用是 ，对比注射器 (填字母)和注射器B中的现象，可证明铁生锈需要与水接触。
（3）对比注射器A和注射器C中的现象，可得到的实验结论是 。
（4）相同时间内，与注射器A相比，注射器D中的活塞移动距离更大，说明 。
（5）结合实验说明与海水接触的铁栏杆比其他地方生锈更严重的原因是 。
（6）在生活中防止铁栏杆生锈的措施有 (写一条)。
题型06 铁的锈蚀条件与防锈方法
1.铁制品的锈蚀
铁钉生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气和水蒸气等发生化学反应的过程。生成的铁锈(主要成分是 ·xH2O)很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
①铝的氧化物致密，能防止里层的铝与氧气继续接触；而铁的氧化物很疏松，不能阻碍里层的铁与氧气继续接触，因此铝制品比铁制品耐腐蚀。②铁的纯度，环境的温度、湿度、酸碱性等影响铁锈蚀的速率。如与沙漠地区相比，海边的铁制品生锈更快。③铜生锈的条件：铜与空气(或氧气)、水和 同时接触，铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3，俗称 。
2.防止铁制品的锈蚀
原理 破坏铁制品锈蚀的条件，使铁制品隔绝 或
方法
【典例6】世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的20%~40%。下列做法不能有效防止钢铁生锈的是
A．表面刷漆 B．清洗锈迹 C．制成不锈钢 D．镀耐腐蚀的铬
【变式6-1】下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是
A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥
C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
【变式6-2】文物出土后，暴露在空气中，其被氧化、锈蚀等过程会加速。可用作保护气以延缓氧化、锈蚀速度的是
A．H2O B．O2 C．N2 D．CO2
【变式6-3】下列防止金属生锈的方法中，与其它三种方法的原理不同的是
A．表面涂油 B．表面刷漆 C．覆盖塑料膜 D．制成合金
题型07 保护金属资源的途径
【典例7】“金属保护一小步，资源节约一大步”，下列关于金属及金属材料防护的说法正确的是
A．为了增加经济效益，应加大力度开采金属矿物资源
B．纯金属的抗腐蚀性比合金更好
C．生铁和钢都属于铁合金
D．废弃金属直接丢弃，无需回收利用
【变式7-1】下列关于资源、能源的叙述错误的是
A．稀土是储量较少的一类金属矿物的统称，对人类来说没有什么用途
B．废旧金属的回收利用，可节约金属资源，减少对环境的污染
C．目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等
D．从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅
【变式7-2】下列关于资源、能源的叙述不正确的是
A．金属的回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以节约能源
B．废旧电池随意丢弃会带来对环境的污染，但不会危害人体健康
C．应回收各种废旧金属，进行金属资源的循环利用
D．防止金属腐蚀是保护金属资源的有效途径
【变式7-3】阅读材料，回答以下问题。
稀土金属是当代高科技新材料的重要组成部分，具有极为重要的用途。稀土元素在自然界中以化合物的形式存在，它能与铝、钛等金属熔合，形成特种合金，其性能会有较大提高，强度更好，抗腐蚀性能更强。坦克、飞机、核潜艇等的制造都用到了特种合金。如在钛合金中添加稀土元素可以改变合金的微观结构，从而大大改善合金的力学性能。
稀土金属的制取，即将稀土化合物还原成金属的过程。常用的制取方法有金属热还原法和熔盐电解法。金属热还原法即使用钙、锂、镧、铈在加热条件下，还原制取钇、镝、钆、铒、钐、镱等稀土金属；例如，利用金属锂在惰性气体保护及高温条件下可将钇(Y)从其氧化物(Y2O3)中置换出来。熔盐电解法即电解熔融状态下的氯化物和氟化物-氧化物熔盐制得金属单质，多用于制取以镧、铈为主的混合稀土金属以及镧、铈、镨、钕等单一稀土金属。
（1）稀土元素铼与“太空金属”钛制成的钛铼合金，可用来制造核潜艇。请写出钛铼合金的优良性能 (任写一点)。
（2）利用金属锂在惰性气体保护及高温条件下可将钇(Y)从其氧化物(Y2O3)中置换出来。写出利用金属锂制取金属钇的化学方程式 。
（3）关于稀土资源，下列说法正确的是___________(填字母序号)。
A．稀土的开采要考虑对环境的影响
B．稀土在材料工业方面发挥着重要作用，它是万能的
C．稀土元素化学性质稳定，在自然界中以单质形式存在
D．保护稀土资源，是我们义不容辞的责任
答案和解析
题型01 常见的金属矿物及其成分
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。
【典例1】下列矿石与其主要成分对应不一致的是
A．磁铁矿— B．赤铜矿—
C．赤铁矿— D．黄铁矿—
【答案】A
【解析】A、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，其化学式为，故选项矿石与其主要成分对应不一致；
B、赤铜矿的主要成分是氧化亚铜，其化学式为，故选项矿石与其主要成分对应一致；
C、赤铁矿的主要成分是氧化铁，其化学式为，故选项矿石与其主要成分对应一致；
D、黄铁矿的主要成分是二硫化亚铁，其化学式为，故选项矿石与其主要成分对应一致。
故选A。
【变式1-1】广西铝土矿资源丰富.铝土矿的主要成分是
A．二氧化硅 B．氧化铝 C．四氧化三铁 D．碳酸钙
【答案】B
【解析】铝土矿含铝元素，主要成分是氧化铝，故选B。
【变式1-2】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A12O3） D．赤铜矿（主要成分是Cu2O）
【答案】A
【解析】炼铁是将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁，故矿石中必须含有铁元素；
A、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）中含有铁元素，可用于炼铁，符合题意；
B、 炉甘石（主要成分是ZnCO3）中不含有铁元素，不可用于炼铁，不符合题意；
C、 铝土矿（主要成分是A12O3） 中不含有铁元素，不可用于炼铁，不符合题意；
D、 赤铜矿（主要成分是Cu2O）中不含有铁元素，不可用于炼铁，不符合题意；
故选A。
【变式1-3】“祝融号”火星车探测发现火星地表被赤铁矿覆盖而呈橘红色，赤铁矿主要成分是
A．Fe3O4 B．Fe2O3 C．FeO D．FeCO3
【答案】B
【解析】A、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，化学式为 ，故选项错误；
B、赤铁矿的主要成分是氧化铁，化学式为，故选项正确；
C、方铁矿的主要成分是氧化亚铁，其化学式为，故选项错误；
D、菱铁矿的主要成分是碳酸亚铁，其化学式为，故选项错误。
故选B。
题型02 铁的冶炼原理
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）。
【典例2】如图是模拟工业炼铁的实验。
（1）澄清石灰水可用来检验反应后生成的气体，原理为 (用化学方程式表示)。
（2）在装置中先通CO气体的作用是 。
（3）工业上冶炼铁时需要加入石灰石，石灰石(主要成分为CaCO3)在高温下可将铁矿石中的SiO2转变为炉渣(CaSiO3)，同时生成一种氧化物，反应过程中化合价不变。该反应的化学方程式为 。高炉中焦炭的作用是① ；② 。
（4）常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿等，其中磁铁矿主要成分的化学式为 ；矿石入炉前进行粉碎，目的是 。
【答案】（1）CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
（2）排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
（3）CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑ 提高温度 生成一氧化碳
（4）Fe3O4 增大反应物的接触面积，加快反应速率
【解析】（1）澄清石灰水用于检验二氧化碳，反应原理是二氧化碳与氢氧化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和水，化学方程式为：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O；
（2）CO是可燃性气体，若与空气混合后加热可能爆炸；实验前先通CO气体，目的是排出装置内的空气，防止加热时发生爆炸，确保实验安全；
（3） 石灰石（CaCO ）与SiO2高温反应生成CaSiO3和CO2（氧化物），反应式为：CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；反应中所有元素的化合价均未变化； 焦炭在高炉中的作用：①燃烧释放热量，提高温度；②与CO2反应生成CO，CO作为还原剂还原铁矿石；
（4） 磁铁矿的主要成分是四氧化三铁（Fe3O4）； 矿石粉碎后，表面积增大，与还原剂接触更充分，从而加快反应速率。
【变式2-1】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 ，金属网罩的作用是 ，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）缺少尾气处理装置 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 集中火焰，提高温度 澄清石灰水变浑浊 检验二氧化碳，并吸收二氧化碳（合理即可）
【解析】（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，实验开始时要先通入一氧化碳，排尽装置内的空气，然后再给氧化铁加热，以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，A处能观察到的现象是红棕色固体逐渐变为黑色，金属网罩的作用是集中火焰，提高温度。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，B处观察到的实验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，将二氧化碳吸收，避免排放到空气中。
【变式2-2】纳米铁（单质铁）在环保领域应用广泛，以菱铁矿（主要成分为，杂质中不含铁元素、不溶于水且不与其他物质发生反应）为原料，制备纳米铁的反应为：．加热一段时间后，某学习小组对剩余固体的组成进行探究．（已知有类似于碳酸钙的化学性质，装置气密性良好，装置内试剂均足量）学习小组利用如图所示装置对剩余固体的成分及质量分数进行探究：
实验步骤：Ⅰ．打开通一段时间，关闭，点燃E处的酒精灯．向盛有质量为剩余固体的锥形瓶中加入足量的稀硫酸，锥形瓶中有气泡产生且溶液变为浅绿色．
Ⅱ．实验过程中，E处玻璃管内出现了明显的现象．
Ⅲ．充分反应后，熄灭酒精灯，继续通一段时间至装置冷却到室温．实验结束后测得：装置A中固体减少了、装置C质量增重、装置D质量增重，装置F内固体增重．
（1）仪器①的名称为 （填“锥形瓶”或“广口瓶”）．
（2）装置A中发生反应的化学方程式 （任写一个即可）．
（3）装置E中可观察到的现象为 ．
（4）原菱铁矿中铁元素质量为 ．
（5）关于该实验的下列说法正确的是________．
A．经分析该剩余固体成分为Fe、
B．剩余固体中Fe的质量为：
C．若没有D装置，则测得剩余固体中Fe的质量分数偏大
D．步骤Ⅰ通一段时间的目的只是防止空气中二氧化碳干扰实验
【答案】（1）锥形瓶
（2）Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑或FeCO3+H2SO4=FeSO4+H2O+CO2↑
（3）黑色固体变成红色
（4）
（5）AC
【解析】（1）由图可知，仪器①的名称为锥形瓶；
（2）装置F内固体增重，说明有水生成，E处玻璃管内出现了明显的现象，说明是氢气和氧化铜在加热条件下生成铜和水，有氢气生成，则剩余固体中有铁，因为铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，现象是有气泡产生且溶液变为浅绿色，反应的化学方程式为：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑；装置C质量增重，说明有二氧化碳生成，碳酸亚铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁、水和二氧化碳，现象是有气泡产生且溶液变为浅绿色，反应的化学方程式为 ：FeCO3+H2SO4=FeSO4+H2O+CO2↑；
（3）装置A中产生的氢气会进入E处，氢气具有还原性，氢气和氧化铜在加热条件下生成铜和水，则现象是黑色固体变成红色；
（4）装置A中固体减少的质量m2是剩余固体中Fe、FeCO3的总质量，装置B中的浓硫酸可除去气体中的水分，装置C中NaOH溶液能吸收二氧化碳，但气体经过NaOH溶液会带出水分，则装置C、D增加的质量(m3+m4)是反应生成的二氧化碳质量；
设剩余固体中FeCO3的质量为x，
即剩余固体中FeCO3的质量为，m2是剩余固体中Fe、FeCO3的总质量，则Fe的质量为，FeCO3中铁元素的质量为，反应前后铁元素的质量不变，则原菱铁矿中铁元素质量为 ；
（5）A、经上面的分析可知，该剩余固体成分为Fe、FeCO3，故A正确；
B、装置F中无水硫酸铜能吸收水分，但装置F与外界连通，空气中含有水蒸气，会导致装置F测得反应生成水的质量m5偏大，不能用于测定剩余固体中Fe的质量，故B错误；
C、装置C、D增加的质量(m3+m4)是反应生成的二氧化碳质量，若没有D装置，会使测得的二氧化碳质量偏小，导致计算出的FeCO3质量偏小，则测得剩余固体中Fe的质量分数偏大，故C正确；
D、步骤1通N2一段时间的目的是为了排尽空气，防止加热时发生爆炸，同时还能防止空气中二氧化碳干扰实验，故D错误；
故选：AC。
【变式2-3】2017年5月，我国在南海海域成功开采天然气水合物——可燃冰，可燃冰是甲烷与水在低温、高压的条件下形成的无色、冰状固体，是最具开发前景的能源之一。可燃冰的主要成分是，在开采过程中若甲烷泄漏，会导致严重温室效应。某校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与：
【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？
【查阅资料】含碳元素的物质完全燃烧生成，不完全燃烧生成CO；无水（白色粉末）遇水变蓝，氧化铁粉末呈红棕色，铁粉呈黑色。
【猜想与假设】
甲： 乙：CO、
丙： 丁：
（1）你认为 同学的猜想是错误的，理由是 。
【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的纯净氧气中燃烧的产物依次通过下列装置，进行验证：
（2）A、B装置的顺序不能颠倒，原因是 。
（3）实验中用纯净而不用空气的原因是 。
（4）实验中观察到A中 ，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中红棕色粉末变成黑色，由此推断 同学猜想成立。
（5）请写出B中澄清石灰水变浑浊的化学方程式 。
【答案】（1）丙 反应物中没有氮元素，生成物中有氮元素是错误的
（2）颠倒后无法确定水来自生成物还是来自澄清石灰水
（3）空气中含有二氧化碳和水，会对生成物的检验产生干扰，
（4）无水硫酸铜变蓝 丁
（5）
【解析】（1）根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，反应物中含C、H、O三种元素，不含氮元素，不可能生成氨气，因此丙同学的猜想错误，故填：丙；反应物中没有氮元素，生成物中有氮元素是错误的；
（2）从装置B中出来的气体会带有水蒸气，如果A、B装置颠倒顺序，无法确定水来自生成物还是来自澄清石灰水，故填：颠倒后无法确定水来自生成物还是来自澄清石灰水；
（3）空气中含有二氧化碳和水，会对生成物的检验产生干扰，因此实验中用纯净的氧气而不用空气，故填：空气中含有二氧化碳和水，会对生成物的检验产生干扰，；
（4）实验中观察到A中无水硫酸铜变蓝，说明甲烷燃烧生成了水，B中澄清石灰水变浑浊，说明甲烷燃烧生成了二氧化碳，一氧化碳能与氧化铁在加热的条件下反应生成铁和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，因此C中红棕色粉末变成黑色，D中澄清石灰水变浑浊，说明甲烷燃烧生成了一氧化碳，则丁同学的猜想成立，故填：无水硫酸铜变蓝；丁；
（5）B中澄清石灰水变浑浊，即二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，反应的化学方程式为，故填：。
题型03 高炉炼铁及炉内化学反应
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。
【典例3】铁矿石炼成铁是一个复杂的过程。炼铁高炉和炉内主要反应如下图所示。
高炉炼铁工业会产生大量，利用天然气代替焦炭炼铁可以减少排放，天然气炼铁的原理如下图所示(括号内为主要成分的化学式)。
查阅资料：在催化剂作用下，与或反应均可生成CO和。
（1）将赤铁矿石粉碎再投放，粉碎的目的是 。
（2）上图炼铁高炉中，炉内反应生成的 (填化学式)将氧化铁还原为铁单质。
（3）与焦炭炼铁相比，下图天然气炼铁能减少排放的原因是 。
【答案】（1）增大反应物的接触面积，使反应更快更充分
（2）CO
（3）天然气炼铁过程中，CH4与H2O或CO2在催化剂作用下反应生成CO和H2，部分CO2被重新利用，减少了CO2的排放（合理即可）
【解析】（1）将赤铁矿石粉碎，能增大其与其他反应物（如一氧化碳等）的接触面积，接触面积越大，反应越容易进行且更充分，从而提高反应效率。
（2）在炼铁高炉中，发生反应，生成的一氧化碳具有还原性，能在高温条件下夺取氧化铁中的氧，将氧化铁还原为铁单质，所以是CO将氧化铁还原为铁单质。
（3）焦炭炼铁时，焦炭燃烧会产生大量CO2排放到大气中。而天然气炼铁时，CH4与H2O或CO2在催化剂作用下反应生成CO和H2，其中CO2参与反应被重新利用，所以能减少CO2排放。
【变式3-1】《天工开物》中记载常见铁矿石：“质有土锭，碎砂数种”，以及炒钢法：“凡铁分生、熟，出炉未炒则生，既炒则熟”，已知“潮泥灰”主要成分是石灰石。该方法的生产过程可用如图表示。下列理解错误的是
A．图甲中的“生铁”属于铁合金，硬度比纯铁大
B．“潮泥灰''主要作用是将二氧化硅转化为炉渣
C．“既炒则熟”是为了降低生铁中的含碳量
D．炼铁炉中发生的反应是：3CO+Fe2O32Fe+3CO2↑
【答案】D
【解析】A、甲中的“生铁”属于铁合金，含碳量较高，硬度比纯铁大，故选项说法正确；
B、“潮泥灰”主要成分是石灰石，主要作用是将二氧化硅转化为炉渣，故选项说法正确；
C、“既炒则熟”是为了降低生铁中的含碳量，故选项说法正确；
D、炼铁炉中发生的反应是：、，故选项说法错误；
故选：D。
【变式3-2】竖炉炼铁是一种重要的炼铁方法，其工艺流程如图所示。
(注：括号内化学式表示相应物质的主要成分)
（1）加入的赤铁矿石要进行粉碎，目的是 。
（2）“燃烧室”中CH4的作用是 。
（3）该工艺流程中，可循环利用的物质是___________(填字母)。
A．CH4和O2 B．CO2和H2O C．CO和O2
【答案】（1）增大反应物的接触面积，使反应更充分
（2）燃烧提供高温
（3）B
【解析】（1）加入的赤铁矿石要进行粉碎，能增大反应物的接触面积，使反应更充分；
（2）“还原室”中一氧化碳还原氧化铁需要高温，“燃烧室”中CH4的作用是燃烧提供高温，能使一氧化碳与氧化铁发生反应；
（3）由图可知，“燃烧室”中甲烷燃烧生成二氧化碳和水，“还原室”中一氧化碳与氧化铁反应生成二氧化碳（或竖炉中排出的尾气中含有二氧化碳和水”）；“催化反应室”中二氧化碳与水在一定条件反应反应生成一氧化碳和氢气，二氧化碳和水，既是某反应的反应物，又是某反应的生成物，可以循环利用。
故选B。
【变式3-3】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，该方法的生成过程可用图2表示。根据图文回答下列问题：

资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535℃
（1）常见的铁矿石有赤铁矿和 （写一种）。
（2）将铁矿石、煤捣碎的目的是 。
（3）不断鼓入空气的目的是 。
（4）炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。
（5）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。
（6）钢的性能优良，如钢的熔点比纯铁 ，（填“高”或“低”）易于加工。
【答案】（1）磁铁矿（合理即可）
（2）增大反应物间的接触面积，使反应更快，更充分
（3）提高炉温
（4）/
（5）除杂 碳/C
（6）低
【解析】（1）常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿；
（2）将铁矿石、煤捣碎的目的是增大反应物间的接触面积，使反应更快，更充分；
（3）不断鼓入空气的目的是为燃烧提供充足的氧气，使燃烧更加充分，为反应提供更高的温度；
（4）赤铁矿的主要成分为氧化铁，磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，氧化铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，化学反应方程式为：，四氧化三铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，化学反应方程式为；
（5）潮泥灰的主要成分是碳酸钙，碳酸钙在炼铁过程中的主要作用是吸收反应中产生的杂质，产生炉渣，故撒入潮泥灰达到除杂的目的；
铁的熔点是1535℃，则液态的生铁为温度很高，不断翻炒液态生铁，是为了让生铁中的碳与氧气接触燃烧，以达到降低碳元素含量的目的；
（6）钢是铁与碳等物质形成的合金，合金的熔点比其中组成中的纯金属熔点低，故钢的熔点比纯铁熔点低。
题型04 含杂质的化学方程式计算
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。
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。
【典例4】工业上可利用的反应来冶炼铁。现用含四氧化三铁的某铁矿石冶炼金属铁。请计算：
（1）该铁矿石中含四氧化三铁的质量是 。
（2）理论上可炼出含铁的生铁的质量是多少 ？(写出计算过程)
【答案】（1）
（2）解：设理论上可炼出含铁的生铁的质量是x。
答：理论上可炼出含铁的生铁的质量是。
【解析】（1）该铁矿石中含四氧化三铁的质量是；
（2）解：设理论上可炼出含铁的生铁的质量是x
答：理论上可炼出含铁的生铁的质量是。
【变式4-1】小陆和化学兴趣小组的同学为了测定铁样品中铁的质量分数(杂质不含铁元素，不溶于水，也不与其他物质发生反应)，进行了如下实验：
请回答下列问题：
（1）上述实验过程中发生反应的化学方程式为 ；
（2）此铁样品中铁的质量分数为 ；
（3）若要用含氧化铁80%的赤铁矿生产上述铁样品1000t，需要赤铁矿的质量为 。
【答案】（1）Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
（2）84%
（3）1500 t
【解析】（1）上述实验过程中铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，反应的化学方程式为Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，故填：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；
（2）由图可知，滤渣为1.6g，则参加反应的铁粉质量为10g-1.6g=8.4g，此铁样品中铁的质量分数为，故填：84%；
（3）设需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为x，
故填：1500t。
3．某钢铁厂每天可生产出的生铁（杂质只有碳），其中含有纯铁。
（1）写出以赤铁矿炼铁的化学反应原理 。
（2）若以来炼铁，计算需要 t。（假设元素无损失）
【答案】（1）
（2）80
【解析】（1）赤铁矿的主要成分是氧化铁，氧化铁和一氧化碳高温下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为；
（2）设需要氧化铁的质量为x，
x=80t。
4．以FeSO4·7H2O为原料制备铁红（化学式为Fe2O3），其中间产物FeO（OH）固体煅烧制得Fe2O3的反应如下：2FeO（OH）Fe2O3+H2O↑。
（1）其他条件相同时不同煅烧温度对产品中Fe2O3质量分数的影响如图。煅烧的最佳温度为 。
（2）煅烧温度较低时，产品中氧化铁质量分数偏低的原因是 。
（3）用该方法制备Fe2O3，将110.8t的FeO（OH）在一定温度下煅烧一段时间后，冷却至室温，得到固体质量为100t，求反应后固体中Fe2O3的质量分数。（写出计算过程）
（4）冶炼1000t含杂质4%的生铁，需要含Fe2O380%的赤铁矿石的质量为 （结果精确到0.1）。
【答案】（1）800℃
（2）未完全分解
（3）解：设生成的氧化铁的质量为x。
由题干信息可知，生成的水的质量为110.8t-100t=10.8t
则反应后固体中Fe2O3的质量分数为
答：反应后固体中Fe2O3的质量分数为96%。
（4）1714.3t
【解析】（1）其他条件相同时不同煅烧温度对产品中Fe2O3质量分数的影响如图，由图可知，煅烧的最佳温度为800℃，得到的氧化铁的质量分数最大；
（2）煅烧温度较低时，产品中氧化铁质量分数偏低的原因是未完全分解；
（3）见答案；
（4）冶炼1000t含杂质4%的生铁，说明铁的质量为，设需要含Fe2O380%的赤铁矿石的质量为y。
故需要含Fe2O380%的赤铁矿石的质量为1714.3t。
题型05 铁生锈条件的探究
铁钉生锈条件的探究
目的 设计对比实验，得出铁钉生锈的条件
实验图示
一周后的实验现象 铁钉表面生成了一层红棕色的物质，在水面与空气交界处的铁钉部分，生成的红棕色物质最多 铁钉表面没有明显变化 铁钉仍光亮如初
实验分析 铁钉同时与水、氧气接触，易生锈 铁钉只与水接触而不与氧气接触，不易生锈 铁钉只与干燥的空气接触而不与水接触，不易生锈
实验结论 铁钉生锈需要铁与空气中的水蒸气、氧气同时接触，发生化学反应
①酸和氯化钠等可以加快铁制品的锈蚀。
【典例5】请你与兴趣小组的同学一起探究铁制品锈蚀的条件：
实验设计：
（1）实验现象：一周后，试管 中的铁钉会生锈。
（2）实验分析：
①A中蒸馏水的上面加入一层植物油的作用是 。A中加入的蒸馏水要先煮沸，并迅速冷却，其目的是 。
②对比B、C中的现象可获得的结论是 。由实验 (填字母，下同)和 对比可得到铁生锈需与氧气接触的结论。
（3）实验结论：铁生锈的条件是 。
【答案】（1）C
（2）隔绝氧气 除去水中氧气 说明铁生锈需要水 A C
（3）铁与氧气和水同时接触
【解析】（1）一周后，试管C中的铁钉会生锈。因为 C 中同时具备铁生锈的两个条件：水和氧气；A中只与水接触，B 中只与氧气接触，都缺少一个条件，不容易生锈；
（2）①A中植物油能使铁钉与氧气隔绝，装置中蒸馏水的上面加入一层植物油的作用是隔绝氧气；A中加入的蒸馏水要事先煮沸，并迅速冷却，水中气体的溶解度随温度升高而减小，其目的是除掉水中的氧气；
②在C实验中铁与水和氧气同时接触会生锈，在B实验中铁只与氧气接触不生锈，B、C实验对比说明铁生锈需要水；在C实验中铁与水和氧气同时接触会生锈，在A实验中铁只与水接触不生锈，A、C实验对比说明铁生锈需要氧气；
（3）实验结论是铁生锈的条件是铁与氧气和水同时接触。
【变式5-1】用三枚洁净无锈铁钉探究铁生锈条件的实验如图所示。下列说法正确的是
A．实验中使用的蒸馏水可以用自来水替代
B．一周后，甲、乙中的铁钉都有明显锈迹
C．由实验乙、丙可知铁生锈需要有水参与
D．实验乙中植物油的作用是防止空气中的氧气溶于水中
【答案】D
【解析】A、自来水中含有氧气，会影响实验现象，实验中使用的蒸馏水不可以用自来水替代，不符合题意。
B、甲中铁钉接触水和氧气，乙中铁钉只接触水，不接触氧气，一周后，甲中的铁钉有明显锈迹，乙中铁钉没有明显锈迹，不符合题意。
C、实验乙中铁钉只接触水，不接触氧气，不生锈，丙中铁钉只接触氧气，不接触水，不生锈，没有生锈的对比实验，由实验乙、丙不能确定铁生锈需要有水参与，不符合题意。
D、实验乙中植物油的作用是防止空气中的氧气溶于水中，干扰实验，符合题意。
故选D。
【变式5-2】高铁建设因铁锈蚀报废了很多钢铁。同学们对影响铁锈蚀的因素进行如下探究。一段时间后，观察到图1中Ⅳ铁钉比Ⅰ中铁钉锈蚀更严重，Ⅱ、Ⅲ中铁钉无明显变化。按图2利用等浓度、等体积的、NaCl溶液分别进行实验，测得装置内氧气浓度的变化情况如图3。下列描述错误的是
A．比较图1中Ⅰ、Ⅱ和Ⅰ、Ⅲ可得出铁生锈的条件
B．对比Ⅰ与Ⅳ以及图3可知铁生锈还与盐有关
C．由图3可知，两曲线呈“先陡后缓”的趋势的原因是氧气浓度下降
D．在三颈烧瓶接压强传感器，生铁粉末生锈后瓶内压强是起始的1/5
【答案】D
【解析】A、比较图 1 中 Ⅰ（铁钉与水和氧气接触，生锈）、Ⅱ（铁钉只与水接触，不生锈），可知铁生锈需要氧气；比较 Ⅰ、Ⅲ（铁钉只与氧气接触，不生锈），可知铁生锈需要水，所以可得出铁生锈的条件，该描述正确；
B、Ⅰ 中没有盐，Ⅳ 中有氯化钠溶液，Ⅳ 中铁钉比 Ⅰ 中铁钉锈蚀更严重，结合图 3 中溶液和溶液环境中氧气浓度变化不同，可知铁生锈还与盐有关，该描述正确；
C、铁生锈消耗氧气，随着反应进行，氧气浓度下降，反应速率变慢，所以两曲线呈 “先陡后缓” 的趋势 ，该描述正确；
D、虽然铁生锈消耗氧气，但空气中氧气约占空气体积的1/5，且装置内不是只有氧气，还有氮气等其他气体；另外，铁生锈不能将装置内的氧气完全消耗，因此生铁粉末生锈后瓶内压强大约是起始的4/5，该描述错误。
故选D。
【变式5-3】小李在学习完“金属的利用与保护”相关内容后，回想起自己某次去海滩游玩，发现海边的铁栏杆都有不同程度的锈斑，并且与海水接触的栏杆的锈蚀程度比其他地方的更明显，于是对铁生锈的原因产生兴趣，和同学们一起按照如图装置进行实验。
已知：①钢丝棉是一种由低碳钢制成的细丝，实验所用蒸馏水均经过煮沸处理，其中氧气含量可忽略不计；
②海水中含有大量氯化钠(食盐的主要成分)。
（1）实验一周后，观察到注射器A中钢丝棉 (填“有”或“无”)锈斑出现，活塞 (填“向上”“向下”或“不”)移动，产生该现象的原因是 。
（2）注射器B中干燥剂的作用是 ，对比注射器 (填字母)和注射器B中的现象，可证明铁生锈需要与水接触。
（3）对比注射器A和注射器C中的现象，可得到的实验结论是 。
（4）相同时间内，与注射器A相比，注射器D中的活塞移动距离更大，说明 。
（5）结合实验说明与海水接触的铁栏杆比其他地方生锈更严重的原因是 。
（6）在生活中防止铁栏杆生锈的措施有 (写一条)。
【答案】（1）有 向上 钢丝棉发生锈蚀的过程中消耗氧气，使注射器内压强减小
（2）吸收注射器中的水蒸气，保持注射器内部干燥 A
（3）铁生锈需要与氧气接触
（4）食盐水会加快铁的锈蚀
（5）海水中含有大量氯化钠，会加快铁的锈蚀
（6）刷漆(合理即可)
【解析】（1）注射器A中钢丝棉与氧气和水接触，故实验一周后，观察到注射器A中钢丝棉有锈斑出现；
钢丝棉生锈消耗了氧气，会导致装置内气体减少，压强减小，故活塞向上移动；
（2）注射器B中干燥剂的作用是吸收注射器中的水蒸气，保持注射器内部干燥；
注射器A中钢丝棉与氧气和水接触，一段时间后生锈，注射器B中钢丝棉只与氧气接触，一段时间后不生锈，故对比注射器A和注射器B中的现象，可证明铁生锈需要与水接触；
（3）注射器A中钢丝棉与氧气和水接触，一段时间后生锈，注射器C中钢丝棉与水接触，一段时间后不生锈，说明铁生锈需要与氧气接触；
（4）注射器A、D的区别在于注射器A中钢丝棉用蒸馏水润湿，注射器D中钢丝棉用食盐水润湿，相同时间内，注射器D活塞移动距离更大，说明注射器D中消耗氧气更多，因此可说明食盐水会加快铁的锈蚀；
（5）海水中含有的氯化钠是食盐的主要成分，会加快铁的锈蚀，因此与海水接触的铁栏杆比其他地方生锈更严重；
（6）铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，防止铁栏杆生锈可隔绝氧气和水，如刷漆。
题型06 铁的锈蚀条件与防锈方法
1.铁制品的锈蚀
铁钉生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气和水蒸气等发生化学反应的过程。生成的铁锈(主要成分是Fe2O3·xH2O)很疏松，不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。
①铝的氧化物致密，能防止里层的铝与氧气继续接触；而铁的氧化物很疏松，不能阻碍里层的铁与氧气继续接触，因此铝制品比铁制品耐腐蚀。②铁的纯度，环境的温度、湿度、酸碱性等影响铁锈蚀的速率。如与沙漠地区相比，海边的铁制品生锈更快。③铜生锈的条件：铜与空气(或氧气)、水和二氧化碳同时接触，铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿。
2.防止铁制品的锈蚀
原理 破坏铁制品锈蚀的条件，使铁制品隔绝空气或水
方法
【典例6】世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的20%~40%。下列做法不能有效防止钢铁生锈的是
A．表面刷漆 B．清洗锈迹 C．制成不锈钢 D．镀耐腐蚀的铬
【答案】B
【解析】A、在钢铁表面刷一层油漆，可以隔绝空气和水防锈，从而防止钢铁生锈，故A不符合题意；
B、清洗锈迹不能防止钢铁生锈，故B符合题意；
C、制成不锈钢可以改变铁内部的结构，能防止铁生锈，故C不符合题意；
D、在钢铁表面镀一层耐腐蚀的铬，可以防止生锈，能防止金属被腐蚀，故D不符合题意。
故选B。
【变式6-1】下列做法不能减缓或防止钢铁锈蚀的是
A．经常用食盐水清洗铁制品 B．保持铁制品表面清洁干燥
C．在铁制品表面涂油漆 D．在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属
【答案】A
【解析】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气和水共同作用的结果，因此减缓或防止钢铁锈蚀的原理是避免铁制品同时与水和空气接触；
A、经常用食盐水清洗铁制品，盐水会加快铁锈蚀的速率，不能减缓或防止钢铁锈蚀，符合题意；
B、保持铁制品表面清洁干燥，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意；
C、在铁制品表面涂油漆，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意；
D、在钢铁的表面镀一层不易锈蚀的金属，能隔绝氧气和水，能减缓或防止钢铁锈蚀，不符合题意。
故选：A。
【变式6-2】文物出土后，暴露在空气中，其被氧化、锈蚀等过程会加速。可用作保护气以延缓氧化、锈蚀速度的是
A．H2O B．O2 C．N2 D．CO2
【答案】C
【解析】铁生锈的条件是与氧气和水同时接触；铜生锈的条件是与氧气、水和二氧化碳同时接触；氮气化学性质稳定，可作保护气，该气体的化学式为N2。
故选C。
【变式6-3】下列防止金属生锈的方法中，与其它三种方法的原理不同的是
A．表面涂油 B．表面刷漆 C．覆盖塑料膜 D．制成合金
【答案】D
【解析】A、在金属表面涂油，即防止金属生锈的方法的原理是将金属与氧气和水隔绝。
B、在金属表面刷漆，即防止金属生锈的方法的原理是将金属与氧气和水隔绝。
C、在金属表面覆盖塑料膜，即防止金属生锈的方法的原理是将金属与氧气和水隔绝。
D、制成合金进行防锈，即防止金属生锈的方法的原理是改变金属的内部结构，制成耐腐蚀的合金。
综上所述，四种防锈方法中，与其它三种方法的原理不同的是制成合金。故选D。
题型07 保护金属资源的途径
【典例7】“金属保护一小步，资源节约一大步”，下列关于金属及金属材料防护的说法正确的是
A．为了增加经济效益，应加大力度开采金属矿物资源
B．纯金属的抗腐蚀性比合金更好
C．生铁和钢都属于铁合金
D．废弃金属直接丢弃，无需回收利用
【答案】C
【解析】A、加大开采金属矿物会加速资源枯竭，应合理开采、注重保护，A 错误；
B、一般合金抗腐蚀性比纯金属好（如不锈钢比纯铁抗腐蚀），B 错误；
C、生铁和钢都是铁与碳等元素形成的合金，C 正确；
D、废弃金属回收利用可节约资源、减少污染，应回收，D 错误。
故选C。
【变式7-1】下列关于资源、能源的叙述错误的是
A．稀土是储量较少的一类金属矿物的统称，对人类来说没有什么用途
B．废旧金属的回收利用，可节约金属资源，减少对环境的污染
C．目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等
D．从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅
【答案】A
【解析】A、稀土是储量较少的一类金属矿物的统称，在新能源、新材料、航空航天、电子信息等领域应用广泛，该叙述错误。
B、废旧金属回收利用，既能节约金属资源，又能减少对环境的污染，该叙述正确。
C、为了保护金属资源，目前已经广泛用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车零部件等，该叙述正确。
D、从汽车用过的铅酸蓄电池中回收铅，有利于资源的再利用，该叙述正确。
故选A。
【变式7-2】下列关于资源、能源的叙述不正确的是
A．金属的回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以节约能源
B．废旧电池随意丢弃会带来对环境的污染，但不会危害人体健康
C．应回收各种废旧金属，进行金属资源的循环利用
D．防止金属腐蚀是保护金属资源的有效途径
【答案】B
【解析】A、金属回收利用过程中，相比于开采新的金属矿石并进行冶炼，不需要进行复杂的采矿、选矿以及冶炼等一系列高能耗的操作，例如，回收铝制品再加工成新的铝制品，比从铝土矿中提炼铝消耗的能源要少得多，所以不仅可以节约金属资源，还能节约能源，故A不符合题意；
B、废旧电池中含有汞、镉等重金属，随意丢弃后，这些重金属会随着雨水等进入土壤和水体，当土壤中的重金属含量超标时，会影响植物的生长，导致农作物减产或受到污染，当水体被污染后，人饮用了受污染的水，或者食用了生长在受污染土壤中的食物以及受污染水体中的水产品等，重金属就会在人体内积累，从而危害人体健康，故B符合题意；
C、回收各种废旧金属，将其重新加工利用，可减少对新金属矿石的开采。比如把废旧钢铁回炉重新炼制，能生产出新的钢材，实现金属资源的循环利用，节约金属资源，故C不符合题意；
D、金属腐蚀会使金属制品损坏、报废，如果能采取措施防止金属腐蚀，如给金属表面涂漆、镀锌等，就能延长金属制品的使用寿命，减少金属资源的浪费，是保护金属资源的有效途径，故D不符合题意。
故选B。
【变式7-3】阅读材料，回答以下问题。
稀土金属是当代高科技新材料的重要组成部分，具有极为重要的用途。稀土元素在自然界中以化合物的形式存在，它能与铝、钛等金属熔合，形成特种合金，其性能会有较大提高，强度更好，抗腐蚀性能更强。坦克、飞机、核潜艇等的制造都用到了特种合金。如在钛合金中添加稀土元素可以改变合金的微观结构，从而大大改善合金的力学性能。
稀土金属的制取，即将稀土化合物还原成金属的过程。常用的制取方法有金属热还原法和熔盐电解法。金属热还原法即使用钙、锂、镧、铈在加热条件下，还原制取钇、镝、钆、铒、钐、镱等稀土金属；例如，利用金属锂在惰性气体保护及高温条件下可将钇(Y)从其氧化物(Y2O3)中置换出来。熔盐电解法即电解熔融状态下的氯化物和氟化物-氧化物熔盐制得金属单质，多用于制取以镧、铈为主的混合稀土金属以及镧、铈、镨、钕等单一稀土金属。
（1）稀土元素铼与“太空金属”钛制成的钛铼合金，可用来制造核潜艇。请写出钛铼合金的优良性能 (任写一点)。
（2）利用金属锂在惰性气体保护及高温条件下可将钇(Y)从其氧化物(Y2O3)中置换出来。写出利用金属锂制取金属钇的化学方程式 。
（3）关于稀土资源，下列说法正确的是___________(填字母序号)。
A．稀土的开采要考虑对环境的影响
B．稀土在材料工业方面发挥着重要作用，它是万能的
C．稀土元素化学性质稳定，在自然界中以单质形式存在
D．保护稀土资源，是我们义不容辞的责任
【答案】（1）
强度更好（或抗腐蚀性能更强等）
（2）
（3）AD
【解析】（1）根据材料，稀土元素与钛等金属形成的合金性能提高，如强度更好、抗腐蚀性更强。
（2）金属锂（Li）在高温、惰性气体保护条件下置换Y2O3中的钇（Y），同时生成氧化锂，反应的化学方程式为。
（3）A、合理开采稀土资源，有利于保护环境，该选项说法正确；
B、根据材料可知，稀土用途广泛，但不一定为万能，该选项说法不正确；
C、根据材料可知，稀土元素在自然界中以化合物的形式存在，该选项说法不正确；
D、保护不可再生资源是可持续发展的重要原则，该选项说法正确。
故选AD。
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