资源简介

金属资源的利用和保护（提高）

【学习目标】
1.知道一些常见的金属（铁）等矿物；掌握炼铁的原理及有关含杂质物质的化学方程式的计算。
2.了解防止金属生锈的简单方法，知道废弃金属对环境的污染，认识回收金属的重要性。
【典型例题】
类型一、考查金属的冶炼及含杂质的化学方程式的计算　1.下图是联合钢铁工业的基本生产流程示意图。　 　　　　请回答下列问题：　（1）写出设备A 的名称：______________________；　（2）写出以赤铁矿为原料在高温下与一氧化碳反应制取铁的化学方程式： ；　（3）应用化学原理分析，工业炼钢时用纯氧而不用空气的原因是： ；　（4）铁粉与生石灰都是常用的干燥剂，现欲用化学方法检验某食品袋中的干燥剂究竟是其中的哪一种？请你简述方法和现象： 。【答案】　　（1）高炉　　（2）Fe2O3+3CO2Fe+3CO2　　（3）促使反应更加剧烈，并获得更多的热量　　（4）加入稀盐酸，有气泡产生的为铁粉，否则为生石灰（合理即可）【解析】（1）炼铁的设备是高炉；（2）炼铁原理就是用一氧化碳作还原剂将铁从其氧化物中还原出来；（3）用纯氧提高了反应物的浓度，可以使反应更加剧烈，获得更多的热量；（4）铁可以和盐酸反应生成氢气，而生石灰和盐酸反应没有气体生成。
【总结升华】本题的解题关键是了解炼铁的原理，然后根据题目信息解答。
2.工业炼铁是把铁矿石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。　(1)赤铁矿(主要成分为Fe2O3?)在高炉里反应生成单质铁的化学方程式是 。　(2)计算：　　　① 5000t含氧化铁84％的赤铁矿中，氧化铁的质量是____________t；　　　②上述赤铁矿理论上可炼得含铁98％的生铁___________t。【答案】（1）Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2　　　 （2）①4200 t?　　　　 ②设4200t氧化铁理论上可炼出含铁98％的生铁的质量为x。　 　　　　Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2　　　　　　　160　　　　　　56×2　　　　　　4200t　　　　 98％x　　　　　　　　　　?　　　　　　　　　　 x=3000t?　　 　　　答：可炼出生铁3000t。
【解析】
（1）炼铁的原理就是用还原剂CO，把铁从铁的氧化物中还原出来。
（2）①5000t含氧化铁84％的赤铁矿中，纯的氧化铁的质量是5000t×84％＝4200t；②中所求生铁的质量是含杂质的，如果设制得的生铁质量为X，则纯铁的质量为98％X，然后根据化学方程式，就可以求出X。【总结升华】化学方程式中各物质间的质量关系都是纯物质的质量，不纯物质要先换算成纯物质的量，再进行计算。纯物质的质量=不纯物质的质量×纯度。不能把不纯的量直接代入方程进行计算或者把杂质的质量分数当成纯度代入方程计算。举一反三：
【变式1】钢铁公司用2000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的钢坯多少吨？【答案】解：2000t矿石中含氧化铁的质量为：　　　　　 　2000t×80%=1600t　?　 　　　 　 设1600t氧化铁理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为x　　　　　 　Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2　?　　　　　 　160　　　　 　56×2　　　　　 　1600t　　　　 96%x　　　　　 　　　　　?　　　　　 　　　　x=1166.7t　　　　　 答：理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为1166.7t。
【变式2】现有含四氧化三铁85%的磁铁矿200t，用一氧化碳做还原剂，充分反应能炼出含杂质2%的铁多少吨？　　
【答案】　　　　解：设可炼出含杂质2%的生铁的质量为x。　　　　　　Fe3O4 + 4CO3Fe+4CO2　　　　　　 232　　　　 　168　　　　　　 200t×85%　 　x(1-2%)?　　　　　　　　　　　 X=125.6t
答：能炼出含杂质2%的铁125.6吨。【总结升华】本题中的已知量与未知量都是不纯物质的质量。如果根据化学方程式进行计算，代入方程式中的质量必须是纯物质的质量。
类型二、考查金属资源的保护和利用3.（2019?山东中考）某学习小组用相同的洁净无锈的铁钉对铁制品锈蚀的条件进行探究，设计的实验如图所示，一周后观察，下列说法错误的是（　　）
A．①和②中的铁钉无明显变化，③中的铁钉明显生锈
B．②中加入的蒸馏水要事先煮沸，目的是除去水中溶解的氧气
C．③中铁钉的甲、乙、丙三处，甲处锈蚀最严重
D．探究发现铁生锈的主要条件是铁与空气和水（火或水蒸气）直接接触【思路点拨】根据铁生锈的条件是铁跟氧气和水同时接触分析；根据以上实验可推知铁生锈的条件。
【答案】C
【解析】①中铁钉只与氧气接触，不生锈，②中的铁钉只与水接触，不生锈，故①②无明显变化，③中的铁钉与水和氧气同时接触，明显生锈，故A正确；试管②中加入的蒸馏水要事先煮沸，考虑温度升高，气体溶解度减小，目的是除去水中溶解的氧气，故B正确；③中铁钉的甲、乙、丙三处，乙处与水和氧气接触的最为充分，锈蚀最严重，故C错误；经过探究可以知道铁在与水和氧气同时接触时最易生锈，故D正确。
【总结升华】本题关键是分析三个对比实验的条件和现象有什么不同，进而得出结论。
4.下面是某同学对铁部分知识学习的过程。对铁制品生绣的情况调查：
调查内容
掉漆的自行车
裸露在混凝土以外的钢筋
涂油的无锈铁钉
镀铬铁质剪刀
铁制品锈蚀的现象
风吹雨淋，时间长了，掉漆的部分会生锈
时间长了钢筋表面出现锈层
铁钉较长时间仍不生锈
剪刀较长时间不生锈
（1）从调查中可知铁制品生锈的主要条件是______________________。（2）提出下列保护铁资源的建议，其中正确的是______________________。（填字母）　 A.防止铁制品腐蚀 　　B.回收利用废旧铁制品　　 C.任意开采铁矿石（3）通过铁与硫酸铜溶液反应的实验，来比较铁和铜的金属活动性强弱。请写出该反应的化学方程式 。【答案】　（1）铁与潮湿的空气接触（或铁与氧气和水同时接触）　（2）A、B　（3）Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu【解析】分析调查情况表：掉漆的自行车，裸露在混凝土以外的钢筋，会生锈；涂油的无锈铁钉，镀铬铁质剪刀，不容易生锈，可知铁与氧气、水同时接触就会生锈。防止铁制品腐蚀 ，回收利用废旧铁制品都可以保护铁资源，而任意开采铁矿石不可行。【总结升华】认真分析调查报告，了解铁资源的保护方法是解决本题的关键。举一反三：
【变式1】（2019?广西中考）控制变量法是实验探究的重要方法。下列设计方案探究目的不能实现的是（ ）
A．甲可探究可燃物的燃烧是否需要与氧气接触
B．甲可探究可燃物的燃烧是否需要达到一定温度
C．乙中①③对比可探究铁的锈蚀条件与氧气是否有关
D．乙中①②③对比可探究铁的锈蚀条件与氧气和水等物质是否有关
【答案】C
【解析】薄铜片上的白磷与氧气接触燃烧了，而水中的白磷达到其着火点不能燃烧，因此，甲可探究可燃物的燃烧是否需要与氧气接触；薄铜片上的白磷温度达到了其着火点所以燃烧了，而薄铜片上的红磷与氧气接触不能燃烧，因此，甲可探究可燃物的燃烧是否需要达到一定温度；①中铁钉和氧气以及水同时接触，②中铁钉只和水接触，③中铁钉只和氧气接触，一段时间后，②③中铁钉没有锈蚀，而①中铁钉锈蚀，①③对比说明铁钉锈蚀的条件之一是铁钉与水接触，①②对比说明铁钉锈蚀的条件之一是铁钉与氧气接触，①②③对比可知铁钉的锈蚀与氧气和水都有关。
【变式2】人类每年都要从大自然中提取大量的金属，用于满足日常生活和工农业生产的需要。
（1）钢铁是我们日常生活中使用最多的金属材料。高炉炼铁常以焦炭、铁矿石、石灰石、空气等为原料。炼铁过程中，一氧化碳和赤铁矿（主要成分为Fe2O3）反应的化学方程式为 。
（2）我国钢铁年产量很高，但因锈蚀造成的损失也很惊人。人们常采取在铁制品表面涂刷油漆或镀上其他金属等方法，以防止其锈蚀。上述方法所依据的原理是 。
（3）我国矿物储量很丰富，但人均占有量并不多，请保护金属资源！下面几种做法中，可有效保护金属资源的是 （填字母）。
a.回收利用废旧金属制品
b.任意开采铁矿石
c.铁制品不加处理，存放在潮湿的环境中
d.寻找、开发金属的代用品
【答案】(1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
(2)将铁制品与氧气和水隔绝（或将铁制品与潮湿的空气隔绝）
（3）a d 金属资源的利用和保护（提高）

【巩固练习】
选择题 (每小题只有一个选项符合题意)
1．（2019·兰州中考）下列说法中正确的是（ ）
A．废旧电池可以随意丢弃 B．铁矿石可以随意开采
C．被腐蚀的铁制品应该加以回收利用 D．铁丝在氧气中燃烧生成氧化铁
2．（2019·兰州中考）铁在下列哪种情况下最容易生锈（ ）
A．在干燥的空气中 B．部分浸入食盐水中
C．在潮湿的空气中 D．浸沉在植物油中
3.人类每年从自然界中提取大量的金属铁。下列关于铁的说法正确的是(　　)
A.炼铁的过程是把单质铁变成氧化铁
B.钢是很纯的铁
C.生铁是含少量碳的铁合金
D.被腐蚀的铁制品属于不可回收垃圾
4.关于铁生锈的下列说法中正确的是( 　)?①铁生锈是铁在干燥的空气中与氧发生反应?②铁锈的成分就是Fe2O3?③铁锈很疏松，易吸水?④全世界每年因生锈而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
5.下列有关金属或金属资源的叙述中正确的是( 　)
A.钢是指更纯净的铁
B.废弃易拉罐无回收价值
C.铝合金硬度大、密度小，可做门窗、飞机等
D.赤铁矿的主要成分是四氧化三铁
6.过量的铁粉投入盛有硫酸和硫酸铜的混合溶液的烧杯里，反应完毕后过滤，在滤液里含有的物质是(　　)
A.Fe2(SO4)3 B.CuSO4 C.FeSO4 D.H2SO4
7.在氧化铜和铁粉的混合物中，加入一定量的稀硫酸，微热，待反应停止后过滤，再向滤液中入一枚铁钉，过一会儿取出，发现铁钉无变化，根据上述现象作出的判断中正确的是(　　)
A.不溶物一定是铜 B.不溶物一定是铁
C.滤液是硫酸亚铁溶液 D.滤液是硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液
8.用2000t含Fe2O375％的赤铁矿石，可炼出含杂质3％的生铁（ ）
A.1082.5t ?B.1600t C.1096t D.1050t
9.2.8g一氧化碳在高温下跟5.8g某种铁的氧化物恰好完全反应，这种氧化物是( 　)
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe2O3·nH2O
二、填空题
10.下列做法能防止铁制品生锈的是 （填序号）。①在铁制水管外镀锌；②切完菜后，尽快将菜刀洗净擦干；③炒完菜后，立即刷锅用余热使锅烘干；④把铁制容器置于室外，让雨水经常冲洗
11．（2019·浙江中考）铁的使用非常广泛，但较容易锈蚀。
（1）工业上炼铁的主要反应原理是：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，该反应中一氧化碳（CO）会夺取氧化铁（Fe2O3）中的氧，这说明一氧化碳具有________性。
（2）根据如图所示实验现象，可以得出铁生锈的条件之一是________。

12.某化学兴趣小组用一氧化碳与氧化铁的反应来探究炼铁的原理，装置如下图所示。请回答有关问题：
(1)为避免一氧化碳污染空气，并回收利用一氧化碳，方框中连接的是C和D，导管接口的连接顺序为a→( )→( )→( )。C装置中NaOH的作用是 。
(2)实验开始时，应 (填“先加热再通CO”或“先通CO再加热”)，目的是 。
(3)实验进行一段时间后，玻璃管A中出现的现象为 ，反应方程式为 。
(4)除CO外，还有哪些物质可以还原Fe2O3 (请写一物质的化学式)。
三、计算题
13.为了测定铁锈蚀的程度，取一块已部分生锈的铁6g，用一氧化碳还原充分反应后，剩余固体质量为4.8g。计算有多少克铁被锈蚀。
14.（2019·福建中考）将含杂质20％的赤铁矿100t，用足量的CO还原，最多可炼得纯铁多少吨？
15.1000t含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁多少吨？
【答案与解析】
1．【答案】C
【解析】废旧电池随意丢弃，会导致固体废弃物和重金属离子对环境的污染，A错误；铁矿石任意开采，容易造成资源浪费和环境污染，B错误；回收利用被腐蚀的铁制品，既能节约金属资源，又能减少对环境的污染，C正确；铁丝在氧气中燃烧，生成物是四氧化三铁而不是氧化铁，D错误。
2．【答案】B
【解析】A项缺少水，铁不易生锈；B项铁与氧气、水同时接触，容易生锈，食盐还会加速铁的锈蚀；C项铁与氧气、水同时接触，容易生锈；D项隔绝空气和水，铁不易生锈。故最容易生锈的是B。
3.【答案】C
【解析】生铁和钢都是铁碳合金，当然其中还有一些别的合金元素，所以B错C对；而A所说刚好相反，炼铁的原理可表示为：Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2。?
4.【答案】C
【解析】铁锈的主要成分是氧化铁。铁锈很疏松，易吸水。铁制品表面的锈如不及时除去，会加快铁制品的生锈速度。据估计，全世界每年因生锈而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。
5.【答案】C
【解析】钢是铁与碳组成的合金，还含有其他元素；废弃易拉罐主要成分是铝，有回收价值；赤铁矿的主要成分是Fe2O3。?
6.【答案】C
【解析】因为铁粉过量，发生两个置换反应：?
? Fe+CuSO4=FeSO4+Cu? Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
铁单质参加置换反应时，生成的化合物中铁元素为＋2价。上述反应滤液中只含有FeSO4，滤纸上留下的是Cu和Fe粉。?7.【答案】C
【解析】在氧化铜和铁粉的混合物中加入稀硫酸，可能发生的反应：CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O，Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑，Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu。向滤液中加入铁钉无变化（不反应），说明滤液中无CuSO4和H2SO4，只含FeSO4，故C正确，D不正确。滤液中无CuSO4，说明生成的CuSO4又被铁粉反应掉Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu，所以不溶物中一定含铜，但铁粉也有可能过量，所以A、B不正确。
8.【答案】A
【解析】设可炼出含杂质3％的生铁的质量为X。依题意列式：(1－3％)x＝2000t×75％×112÷160，解得x＝1082.5t。?
9.【答案】C
【解析】
10.【答案】①②③
【解析】铁制品在室外与空气接触，经过水淋湿很容易生锈，在其表面镀锌或保持铁制品表面洁净和干燥是防锈的好方法。11．【答案】（1）还原 （2）与水接触
【解析】（1）能夺取氧化物中的氧的物质具有还原性。（2）仔细观察两个试管可看出，它们的不同之处是第一个试管中有水，第二个试管中没有水，因此可得出铁生锈要有水的参与。
12.【答案】(1)d、b、e 除去残余的二氧化碳
(2)先通一氧化碳再加热 赶尽玻璃管内的空气，防止加热爆炸
(3)固体由红棕色变成黑色 Fe2O3 + 3CO2Fe + 3CO2
(4)C或H2
13.【答案】2.8g
【解析】铁锈中氧元素的质量为6g－4.8g＝1.2g，铁锈(Fe2O3)中与氧结合的铁元素质量为
14.【答案】
?
15.【答案】
解：1000t赤铁矿石中含氧化铁的质量为1000t×80％＝800t。?设800t氧化铁理论上可以炼出铁的质量为x。
含铁96％的生铁的质量为：560t÷96％＝583.3t?答：1000t含氧化铁80％的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96％的生铁583.3t。

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