1、1课题 3 金属资源的利用和保护第 1 课时 炼铁的原理知能演练提升能力提升1.碳在高温下可以与氧化铁反应,化学方程式可表示为 3C+2Fe2O3 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2.右图是一氧化碳还原氧化铁的部分实验装置,关于该实验的说法正确的是( )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棕色C.该实验的反应原理为 FeO+CO Fe+CO2D.在实验过程中,产生的尾气可以直接排放到空气中3.某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质
2、不含铁元素)来炼制生铁。若要炼制含铁 96%的生铁 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( )A.120 t B.108 t C.96 t D.84 t4.用“W”形玻璃管进行微型实验,如下图所示。下列说法不正确的是( )A.a 处红棕色粉末变为黑色B.a 处的反应为 CO+Fe2O3 2Fe+CO2C.b 处澄清石灰水变浑浊证明有 CO2生成D.可利用点燃的方法进行尾气处理5.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。2(1)请写出下列反应的化学方程式:木炭还原氧化铜
3、; 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。 6.(2018 山西中考)科学精神与社会责任,是化学学科素养更高层面的价值追求。在一次实践活动中,小红和同学们一起参观了某钢铁公司。大家对矿石选取、冶铁和炼钢的工艺流程(如图)、生铁和钢的区别等,有了全新的认识。(1)用赤铁矿石冶炼的反应原理是 (用化学方程式表示)。 (2)分析工艺流程,三脱装置中发生反应的化学方程式是 (写一个)。 (3)向精炼炉中吹入氩气使钢水循环流动,各成分均匀混合,相当于化学实验中
4、(填一种仪器的名称)的作用。 (4)在钢水铸件机中,高温钢加工成钢制零件时,充入氮气的作用是 。 7.炼铁的主要原料是铁矿石。用赤铁矿石(主要成分为 Fe2O3)炼铁的反应原理为3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。3(1)求 Fe2O3中铁元素的质量分数。(2)根据化学方程式计算:用含 Fe2O360%的赤铁矿石 800 t,理论上可炼出纯铁多少吨?探究创新8.钢铁工业是国家工业的基础。(1)下图是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意图,根据图示回答下列问题。若图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁,请写出 A 区和 B 区所发生主要反应的化学方程式:A 区: , B 区: 。 (2)某兴趣小组
5、在实验室中模拟炼铁化学原理的实验,并对固体产物成分进行探究。【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末,实验装置如下图。【进行实验】该小组按上述实验设计,在一定温度下进行了实验,测得下列数据:反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量为 66.0 g(玻璃管的质量为 60.0 g)反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量为 65.8 g(冷却到室温称量)【分析与讨论】本实验中,玻璃管内固体粉末由红棕色全部变为黑色。小明同学认为该黑色固体全部是铁,但小华同学提出了质疑,于是大家查阅资料。【查阅资料】一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关。一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有
6、四氧化三铁、氧化亚铁、铁。质性质 四氧化三铁 氧化亚铁 氧化铁 铁粉颜色 黑色 黑色 红棕色 黑色能否被磁铁吸引 能 不能 不能 能4【实验与猜想】该小组同学将反应后的黑色固体研磨后,再用磁铁吸引,发现黑色固体粉末全部能被吸引,则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和 。 进行猜想:黑色固体粉末可能a.全部为铁;b. ; c. 。 【得出结论】通过实验中获得的数据进行计算,得出黑色固体粉末为 (写名称)。 【反思与评价】一氧化碳还原氧化铁的实验中,若要得到铁可适当提高反应温度和延长反应时间。实验装置图中采用虚线框内的装置,其作用有 。 A.收集一氧化碳B.吸收二氧化碳C.检验二氧化碳答案：1.C
7、分解反应是一种化合物生成两种或两种以上物质的反应,A 错误。反应中 C CO2,C 得氧,被氧化,是还原剂,C 的化合价从 0 +4 升高了;Fe 2O3 Fe,Fe2O3失氧,被还原,是氧化剂,Fe 的化合价从+3 0 降低了 ,故 B、D 错误,C 正确。2.A 一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳,剩余固体是铁,能与盐酸反应生成氢气,故 A 正确;氧化铁是红棕色的,铁粉是黑色的,故该实验的现象是红棕色粉末变为黑色,B 不正确;C 中氧化铁的化学式写错,化学方程式应为 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2,C 不正确;实验过程中,一部分一氧化碳没有完全反应,如果直接排放到空气中,会造成空气污
8、染,故一定要有尾气处理装置,可以将一氧化碳燃烧掉,也可以回收利用,D 不正确。3.A 根据质量守恒定律,利用铁元素质量不变解题。设需要赤铁矿质量为 x,则有 x(1-20%) 100%(1-10%)=63t96%,解得 x=120t。1121604.B CO 还原 Fe2O3实验需在高温条件下进行,B 项中化学方程式缺少反应条件,且化学方程式没有配平,故 B 项错误。5.答案(1)C+2CuO 2Cu+CO2 3CO+Fe 2O3 2Fe+3CO2(2)检验是否有二氧化碳生成(3)除去未反应完的一氧化碳气体,防止污染空气(4)竖直的试管内导管口不再有气泡冒出解析(1)木炭和 CO 在高温条件下
9、夺取金属氧化物中的氧,生成 CO2,同时得到金属单质,据此可写出有关反应的化学方程式。(2)利用 CO2能使澄清石灰水变浑浊,证明反应是否有 CO2生成。(3)因 CO有毒,会污染空气,因此需将未反应的 CO 燃烧掉。(4)插入澄清石灰水中的导管口没有气泡产生时,说明不再有 CO2产生,证明反应已结束。56.答案(1)Fe 2O3+3CO 2Fe+3CO2 (2)S+O 2 SO2(或 4P+5O2 2P2O5、Si+O 2 SiO2) (3)玻璃棒 (4)做保护气(或隔绝氧气)解析(1)氧化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 3CO+Fe2O32Fe+3CO2
10、;(2)硫与氧气在点燃的条件下生成二氧化硫,反应的化学方程式为 S+O2 SO2,磷与氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷,反应的化学方程式为 4P+5O2 2P2O5,硅与氧气在高温的条件下反应生成二氧化硅,反应的化学方程式为 Si+O2 SiO2;(3)向精炼炉中吹入氩气使钢水循环流动,各成分均匀混合,相当于化学实验中玻璃棒的作用;(4)高温时,铁易被氧化,钢加工成钢制零件时,充入氮气的作用是做保护气(或隔绝氧气),防止铁被氧化。7.答案(1) 100%= 100%=70%Fe的相对原子质量 2Fe2O3的相对分子质量 562160(2)解:设理论上可炼出纯铁的质量为 x。Fe2O3+3C
11、O 2Fe+3CO2160 112800 t60% xx=336 t160112=800t60%x答:理论上可炼出纯铁 336 t。解析(1)Fe 2O3中 Fe 的相对原子质量乘以 Fe 的原子数与 Fe2O3的相对分子质量之比就是 Fe2O3中铁的质量分数。(2)先计算出 800t 矿石中 Fe2O3的质量=800t60%=480t,根据化学方程式可求出生成纯铁的质量。8.答案(1)3CO+Fe 2O3 2Fe+3CO2C+O2 CO2、C+CO 2 2CO(2)【实验与猜想】氧化亚铁(FeO)铁和四氧化三铁的混合物 全部是四氧化三铁(二者可互换,化学式也可)【得出结论】四氧化三铁【反思与
12、评价】AB解析(1)考查了炼铁炉内发生的主要化学反应,包括碳的燃烧、一氧化碳的生成、一氧化碳还原氧化铁三个反应,比较简单。(2)根据【查阅资料】知,氧化亚铁不能被磁铁吸引,由于反应后的黑色固体粉末能全部被磁铁吸引,所以黑色固体粉末一定不含氧化亚铁。又由于铁和四氧化三铁都能被磁铁吸引,因此,此黑色固体粉末可能全部是铁,也可能全部是四氧化三铁或铁和四氧化三铁的混合物。6g 氧化铁中铁元素的质量=6g 100%=4.2g,氧元素的质量=6g-4.2g=1.8g;反应后得到的112160黑色固体粉末中铁元素的质量仍是 4.2g,黑色固体粉末中氧元素质量=5.8g-4.2g=1.6g,故生成物中铁、氧两元素的质量比=4.2g1.6g=218,四氧化三铁中铁、氧元素质量比也是 218,故该黑色固体粉末是四氧化三铁。仔细观察虚线框内的装置可知,洗气瓶内进气管、出气管都伸入了瓶底,可推测出其作用是吸收二氧化碳并收集一氧化碳。6
