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实验十二 铁的冶炼——初中化学实验汇编
＊知识点归纳
1、实验室用CO还原氧化铁
(1)实验装置
(2)实验步骤
①检查装置气密性。 ②装入药品并固定。
③点燃酒精灯B。 ④向玻璃管中通入CO。
⑤点燃酒精喷灯A。 ⑥反应完成后，熄灭酒精喷灯A。
⑦试管冷却后停止通入CO。 ⑧熄灭酒精灯B。
(3)实验现象
①红色粉末逐渐变为黑色，黑色粉末能被磁铁吸引。
②生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。
③尾气燃烧并产生蓝色火焰。
(4)实验原理：
(5)注意事项
①通入一段时间一氧化碳，待玻璃管内的空气全部被排净后再点燃酒精喷灯，防止高温加热不纯净的一氧化碳引起爆炸。
②实验开始时，点燃末端酒精灯，防止有毒的一氧化碳进入空气中，污染空气。
③实验结束后，先熄灭酒精喷灯，此时还要继续通入CO，待装置冷却到室温停止通入CO，防止刚被还原得到的铁被再次氧化。
④本实验反应条件需要高温，如果没有酒精喷灯可在酒精灯火焰上加一个金属网罩。
工业炼铁
(1)反应原理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁矿石中还原出来。
(2)化学反应方程式：
焦炭的作用：一是为了提供能量，二是为了提供还原剂。冶炼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。
＊巩固练习
1.如图是实验室模拟工业炼铁原理的装置图，下列说法正确的是( )
A.反应开始前应先通一氧化碳气体，再点燃酒精喷灯
B.加热一段时间后玻璃管内的现象是黑色固体变红
C.澄清石灰水的作用是检验气体生成物并吸收多余的一氧化碳
D.反应前后玻璃管内固体的质量差就是反应生成的二氧化碳的质量
2.在实验室里，可以利用如图所示装置进行炼铁实验。下列说法错误的是( )
A.点燃酒精喷灯加热前，应先通入一会儿CO
B.工业炼铁的原料有铁矿石、焦炭和石灰石，其中石灰石的主要作用是除去二氧化碳
C.图中“炼”出的铁与工业上炼出的生铁在组成上最大的区别是不含碳
D.玻璃管中的粉末由红棕色逐渐变黑，试管里澄清的石灰水变浑浊
3.某化学兴趣小组用以下装置探究炼铁原理，关于该装置和反应过程描述错误的是( )
A.盛装药品前应先检查装置气密性
B.加热前要先通CO，加热后装置B中出现浑浊
C.已知方框中连接的是C和D，导管口的连接顺序为a→b→c→d
D.这种方法“炼”出的铁与工业上炼出的生铁在组成上最大的区别是不含碳
4.工业上炼铁炼钢的主要流程如下图。
已知生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%。
（1）反应：①，②。属于置换反应的是______，用于高炉炼铁的原理是_________。（均填序号）
（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是_________。
（3）热空气和髙炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是_________。炉渣中含有硅酸钙，其中硅元素的化合价是_________。
（4）炼钢炉中，通入纯氧的目的是_________。
5.某化学活动小组的同学根据工业炼铁的原理设计了如图所示装置进行实验。请根据下图回答问题：
（1）主要成分为氧化铁（）的铁矿石的名称是_____（ 填“赤铁矿”或“磁铁矿”）。
（2）实验开始时，先通入CO，排出装置内的空气后再点燃酒精灯加热玻璃管中的氧化铁粉末，当红棕色粉末变成_____色时停止加热，玻璃管内物质冷却后，停止通CO。
（3）写出①处CO与氧化铁反应的化学方程式_____。
（4）写出②处发生反应的化学方程式_____。
（5）在③处点燃尾气的目的是_____。
（6）下图为有关金属铁的实验。
①写出铁与硫酸铜溶液反应的化学方程式_____，该反应的基本反应类型是_____。
②洁净铁钉久置空气中生锈主要是铁与空气中的氧气和_____发生化学反应。
③铁锈的主要成分是_____，写 出一种防止铁制品生锈的具体方法_____。
6.如图所示的炼铁高炉内发生了许多化学反应，根据图示回答下列问题：
（1）将铁从铁矿石中还原出来的物质是___________（填化学式）；该物质在B区生成，写出相关反应的化学方程式：___________，____________。
（2）高炉炼铁时焦炭的作用是：①___________；②___________。
（3）为什么高炉中生铁出口低于炉渣出口？
答：___________。
（4）取少量高炉中炼出的生铁放入烧杯中，加入足量稀盐酸，可观察到的现象是___________，发生反应的化学方程式为___________，当反应停止后，还可观察到烧杯底部有黑色不溶物，该物质是___________（填化学式）。
7.实验室中用一氧化碳还原纯净的粉末.反应后装置中玻璃管内固体粉末由红色全部变为黑色小明同学认为该黑色固体全部是铁，但小军同学提出了质疑，于是同学们提出查阅资料，寻求真理.
（查阅资料）
一氧化碳还原的固体产物的成分与反应温度、时间有关，产物可能是、FeO、Fe
几种物质的性质
物质性质 Fe
FeO
颜色 黑色 红色 黑色 黑色
能否被磁铁吸引 能 不能 不能 能
已知反应：溶液呈棕黄色
（实验探究
（1）该小组同学将反应后的黑色固体研细后，用磁铁吸引，发现黑色粉末全部能被吸引，则该黑色粉末中不可能含有和______ 填化学式.
（2）黑色固体粉末的成分是什么？
猜想Ⅰ：全部为Fe
猜想Ⅱ：全部为
猜想Ⅲ：______ 填化学式
将黑色粉末加入到足量的稀盐酸中，全部溶解，观察现象：
有无色气体产生，证明该固体中一定含有______ 填化学式.
溶液呈棕黄色
由上述实验现象，得出上述猜想______ 正确.
（评价与反思）
装置中澄清石灰水的作用是______ .
若撤出装置中点燃的酒精灯可能造成的后果______ .
答案以及解析
1.答案：A
解析：CO具有可燃性，与玻璃管中的空气混合受热可能会发生爆炸，因此应先通CO排尽玻璃管中的空气，然后再点燃酒精喷灯加热，A正确。氧化铁是红色固体，玻璃管内的反应现象是红色粉末逐渐变为黑色，B错误。一氧化碳不与氢氧化钙反应，也不易溶于水，因此，澄清石灰水的作用只是检验气体生成物，不能吸收多余的一氧化碳，C错误。依据化学方程式可知，反应前后玻璃管内固体的质量差，是氧化铁中氧元素的质量，D错误。
2.答案：B
解析：点燃酒精喷灯加热前先通入一会儿CO是为了排尽装置内的空气，防止CO与空气混合受热发生爆炸，A正确；工业炼铁中石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣，B错误；图中为实验室用CO还原氧化铁，得到的是纯铁，工业上用铁矿石炼铁，得到的是含碳的生铁，C正确；CO还原氧化铁生成铁和二氧化碳，现象是玻璃管中红棕色粉末逐渐变黑，试管里澄清石灰水变浑浊，D正确。
3.答案：C
解析：盛装药品前应先检查装置气密性，以防止装置漏气，A正确；实验开始先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，再点燃酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁，先通入一氧化碳后加热的目的是排尽玻璃管中的空气，防止加热时发生爆炸，加热后CO与反应有二氧化碳生成，会观察到装置B中出现浑浊，B正确；一氧化碳难溶于水，装置C中长导管是出水管，导管口的连接顺序为a→c→b→d，C错误；生铁中含有碳，这种方法“炼”出的铁与工业上炼出的生铁在组成上最大的区别是不含碳，D正确。
4.答案：（1）②；①
（2）增大反应物的接触面积，加快反应速率
（3）；+4
（4）使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中的含碳量
解析：（1）置换反应是由一种单质和一种化合物生成另种单质和另一种化合物的反应，故选②；高炉炼铁是利用一氧化碳将铁的氧化物还原成铁，故选①。
（2）将炼铁的固体原料粉碎，其目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率。
（3）氮气化学性质稳定，在炼铁高炉中不参与反应，所以热空气和高炉气体中都含有氮气；依据化合物中正负化合价的代数和为零，中，O为－2价，Ca为+2价，则Si显+4价。
（4）炼钢的目的是降低生铁中的含碳量，通纯氧的目的是将部分碳转化为二氧化碳除去。
5.答案：（1）赤铁矿 （2） 黑 （3） （4） （5）为了防止尾气中没反应的一氧化碳气体污染空气或防止一氧化碳排入空气中污染空气 （6）① ；② 置换反应 ③水蒸气；（三氧化二铁）；在铁制品表面刷漆等
解析： （1）主要成分为氧化铁（Fe2O3）的铁矿石的名称是赤铁矿。故填：赤铁矿；
（2）一氧化碳和氧化铁在高温条件下反应生成黑的铁和二氧化碳，当红棕色粉末变成黑色时停止加热，玻璃管内物质冷却后，停止通CO。故填：黑；
（3）①处一氧化碳和氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：。故填：；
（4）②处是二氧化碳和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：；
（5）在③处点燃尾气的目的是：防止一氧化碳排入空气中污染空气。故填：防止一氧化碳排入空气中污染空气；
（6）①铁与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁，反应的化学方程式为：，该反应是单质与化合物反应生成单质和化合物，属于置换反应。故填：；置换反应；
②洁净铁钉久置空气中生锈主要是铁与空气中的氧气和水蒸气发生化学反应。故填：水蒸气；
③铁锈的主要成分是氧化铁，防止铁制品生锈可以在铁制品表面刷漆等。故填：Fe2O3；在铁制品表面刷漆等。
6.答案：（1）CO；；
（2）产生热量（或提高炉温）；产生一氧化碳（或提供还原剂）
（3）铁水密度大于炉渣密度
（4）有气泡产生，溶液颜色逐渐变为浅绿色；；C
解析：（1）高炉炼铁的反应原理是，即CO将铁从铁矿石中还原出来；焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳。
（2）焦炭在高炉中发生两个反应：一是与空气中的氧气反应生成二氧化碳，此反应放热，为炼铁提供热量；二是与二氧化碳在高温下反应产生一氧化碳，提供还原剂。
（3）铁水的密度大于炉渣的密度，所以生铁出口低于炉渣出口。
（4）生铁的主要成分是铁，还含有少量的碳。所以向生铁中加入稀盐酸时，铁会与稀盐酸反应产生气泡，溶液颜色逐渐变成浅绿色。碳不与稀盐酸反应，故碳会留在烧杯底部。
7.答案：（1）FeO（2）Fe和； Fe；Ⅲ ；检验生成物中的二氧化碳；污染环境??
解析： 将反应后的黑色固体研细后，用磁铁吸引，发现黑色粉末全部能被吸引，则该黑色粉末中不可能含有和FeO；黑色固体粉末的成分有三种情况：猜想Ⅰ：全部为Fe猜想Ⅱ：全部为猜想Ⅲ：Fe和；黑色粉末加入到足量的稀盐酸中，全部溶解，观察现象：①有无色气体产生，证明该固体中一定含有铁，因为铁能够和酸反应生成氢气；②溶液呈棕黄色由上述实验现象，得出上述猜想Ⅲ正确；溶液呈棕黄色，说明该固体中一定含有；装置中澄清石灰水的作用是检验生成物中的二氧化碳；若撤出装置中点燃的酒精灯可能造成的后果是一氧化碳扩散到空气中污染环境。

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