6.3　金属矿物与金属冶炼-2024-2025学年九年级化学科粤版下册

6.3　金属矿物与金属冶炼 一、金属与金属矿物 1.金属在自然界中的存在状态 除了少数很不活泼的金属,如　 　、　 　、银能以单质形态存在,绝大多数金属都是以　 　形态存在于矿物中。  2.常见金属元素在地壳中的含量最多的是　 　,其次是　 　。  3.常见的金属矿物 (1)常见的铁矿石有赤铁矿(主要成分　 　)、磁铁矿(主要成分　 　)、黄铁矿(主要成分　 　)。  金 铂 化合物 铝 铁 Fe2O3 Fe3O4 FeS2 (2)常见的铝矿石有铝土矿,其主要成分为　 　。  (3)常见的铜矿石有孔雀石[主要成分Cu2(OH)2CO3]、赤铜矿(主要成分　 　)。  二、铁的冶炼 1.一氧化碳还原氧化铁实验 (1)实验装置(如图) (2)实验步骤 ①连接仪器,检查装置气密性; ②装入试剂并固定; ③　 　;  ④先点燃酒精灯,后点燃酒精喷灯,酒精喷灯给氧化铁加热(酒精喷灯的温度比酒精灯的温度要高,因此该反应的条件是　 　);  ⑤停止加热,　 　 直至装置冷却至室温。  Al2O3·nH2O Cu2O 通入一氧化碳 高温 继续通入一氧化碳 (3)现象:　 　色氧化铁粉末变为　 　色,澄清石灰水　 　,导管末端有　 　色火焰产生。  (4)化学方程式 硬质玻璃管中反应的化学方程式:　 　。试管中澄清石灰水变浑浊的原因:Ca(OH)2+CO2 CaCO3↓+H2O。  产生蓝色火焰的化学方程式:　 　。  (5)尾气处理:产生的尾气中含有CO,直接排放会污染空气,应用燃烧或气球收集的方法 处理。 2.工业炼铁 (1)主要设备:　 　。  (2)原料:　 　、　 　、石灰石、热空气等。  红棕 黑 变浑浊 蓝 高炉 铁矿石 焦炭 铁矿石 铁 2%～4.3% 0.03%～2% 硬而脆 2.计算步骤 (1)将样品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。 依据金属在自然界中的存在状态可判断金属的活动性强弱。以单质形式存在的金属,活动性弱;以化合物形式存在的金属,活动性强。 冶炼金属时,选择矿石应遵循的原则:所需提炼金属的含量高;矿石在冶炼过程中对环境污染小。因此一般选择赤铁矿或磁铁矿来炼铁。 CO先通后撤,酒精喷灯后点先灭。前者颠倒会爆炸,后者颠倒会氧化。 工业上炼铁的过程中,焦炭的作用有两个:一是通过燃烧为炼铁提供热量;二是与生成的二氧化碳反应生成还原剂一氧化碳。 【例1】下列矿石与其主要成分对应不一致的是( ) A.磁铁矿　FeCO3 B.铝土矿　Al2O3·nH2O C.赤铁矿　Fe2O3 D.黄铁矿　FeS2 金属与金属矿物 解析:磁铁矿的主要成分是四氧化三铁,其化学式为Fe3O4。 答案:A 铁的冶炼 【例2】(2024恩平模拟)如图所示是模拟工业炼铁的化学反应装置,以下说法错误的是( ) A.实验开始时应先通入一氧化碳,目的是排净硬质玻璃管内的空气,防止爆炸 B.硬质玻璃管内氧化铁发生还原反应 C.实验过程中硬质玻璃管内观察到的现象是黑色粉末逐渐变成红棕色 D.装置中导管末端加一点燃的酒精灯,目的是燃烧未反应的一氧化碳,防止污染环境 解析:由于氧化铁是红棕色的,铁粉是黑色的,则硬质玻璃管内的现象是红棕色粉末变成黑色。 答案:C C 含杂质物质的化学方程式计算 【例3】100 t含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是( ) A.56 t B.58.3 t C.70 t D.72.9 t 答案:B 1.用下列矿石冶炼金属时,对环境造成的危害最大的是( ) A.黄铁矿(主要成分是FeS2) B.铝土矿(主要成分是Al2O3) C.菱铁矿(主要成分是FeCO3) D.赤铁矿(主要成分是Fe2O3) 2.在张献忠沉银现场,考古学家发现了金币、银币、铜币和银锭,还有铁刀、铁矛等兵器,金币银币光亮如初,铁刀铁矛锈迹斑斑。下列说法错误的是( ) A.金、银、铜、铁都是重要的金属资源 B.金、银的化学性质比铜、铁更稳定 C.自然界中,金、银、铜、铁主要以单质的形式存在 D.人类使用金属的先后顺序与金属的活动性顺序有关 A C 3.如图是模拟工业炼铁的实验,下列叙述正确的是( ) A.甲中的反应是置换反应 B.甲中硬质玻璃管内红棕色固体变为银白色 C.用乙装置可防止液体倒吸和防止CO污染空气 D.实验结束后先移去酒精喷灯,继续通CO直至硬质玻璃管冷却 D 1.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Al2O3·nH2O) D.赤铜矿(主要成分是Cu2O) A 2.下列关于生铁和钢的说法中,正确的是( ) A.生铁的主要成分是碳 B.不锈钢抗腐蚀性能比纯铁好,但其硬度比纯铁小 C.生铁和钢在成分上的主要区别是含碳量不同 D.生铁的硬度大,钢的硬度却很小 C D 4.如图是用CO还原氧化铁实验的部分装置,关于该实验的说法错误的是( ) A.实验过程中先通CO,后对氧化铁加热 B.在反应后的固体产物中加稀盐酸时会产生气泡 C.可用酒精灯的火焰烧掉反应剩余的CO D.红棕色固体全变成黑色后,先停止通CO,后停止加热 D 5.(2024高要期末)如图所示是初中化学中一些常见物质之间的转化(部分生成物已省略), A、C是无色气体,B是红棕色固体,F是红色固体。 请回答下列问题: (1)反应①的现象为　 　。  (2)写出能实现反应②的X溶液的名称:　 　 (写一种即可),该反应的基本反应类型是　 　。  (3)反应③的化学方程式为　 　。  红棕色粉末逐渐变成黑色 硫酸铜(或氯化铜等)溶液 置换反应 6.(2024赤峰)赤铁矿是重要的炼铁原料,其中Fe2O3的含量直接影响到炼铁的效率和成本。某兴趣小组用一氧化碳还原10 g赤铁矿样品,充分反应后得到5.6 g铁单质,计算该赤铁矿样品中Fe2O3的质量分数。 D D 9.如图是一氧化碳还原氧化铁的装置。 (1)硬质玻璃管内的现象是　 　,发生反应的化学方程式为　 . 　。  (2)澄清石灰水除了用于吸收CO2气体外,还有　 　的作用。  (3)为避免硬质玻璃管在加热时引起爆炸,加热前应　 。  红棕色固体逐渐变黑 3CO+ 检验CO2生成 先通一氧化碳,再加热 (4)有人提出,从化学成分的角度分析,用磁铁矿石比用赤铁矿石作原料更具有优势,其原因是　 　。  (5)尾气点燃会造成能源浪费,请你提出一个更合理的尾气处理方法:　 . 　 。  四氧化三铁的含铁量较氧化铁的高 在导管末端连一气 囊将尾气收集起来 10.我国冶铜文明源远流长,凝聚了劳动人民的智慧。 Ⅰ.冶铜的起源 (1)自然界中存在少量铜单质,古人发现用其制成的物品使用一段时间后会生锈,所得铜锈与自然界中的孔雀石颜色相近,进而探索使孔雀石转变为铜单质的途径。铜锈和孔雀石的主要成分均为Cu2(OH)2CO3。 H2O 物理 Ⅱ.冶铜的发展 (2)用孔雀石冶铜过程中存在木炭将CuO转化为Cu的反应, 该反应体现了木炭的　 　性。  (3)用铜矿石与锡石冶铜,可得到硬度大于铜的铜锡合金。 铜锡合金的熔点和硬度随其中锡含量的变化如图所示。 ①图中表示熔点的曲线是　 　。  ②铜锡合金属于　 　(填“合成”或“金属”)材料。  (4)随着冶铜技术的提高,辉铜矿(主要成分是Cu2S)冶铜逐渐兴起。Cu2S中铜元素与硫元素的质量之比为　 　(用最简整数比表示)。  Ⅲ.冶铜的创新 (5)“胆水炼铜”是我国首创的冶铜方法,开创了湿法冶金的先河,其原理是用铁与硫酸铜溶液反应,写出该反应的化学方程式:　 　。  还原 曲线a 金属 4∶1 3CO+Fe2O33CO2+2Fe 2CO+O22CO2 (3)原理:在高温条件下,利用焦炭与氧气反应生成的CO把铁从　 　中还原出来。有关的化学方程式:  ①C+O2CO2; ②CO2+C2CO; ③　 　。  (4)产品:生铁。 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 3.生铁和钢 生铁和钢都是　 　和碳形成的合金。生铁的含碳量(约为　 　)比钢的含碳量(约为　 　)要高;生铁　 　,不利于加工,所以要将更多的生铁冶炼为硬而韧、有弹性的钢。  三、含杂质物质的化学方程式计算 1.公式 (1)纯物质的质量分数(纯度)=×100%=1-杂质的质量分数。 (2)纯物质的质量=样品的质量×纯物质的质量分数。 (3)样品的质量=。 不纯物质、纯物质和纯度之间的关系如下: (1)不纯物质的质量纯物质的质量。 (2)纯度=×100%。 (2024高要期末)下列关于工业炼铁的叙述中错误的是( ) A.使用的设备是高炉 B.主要原料是铁矿石、石灰石、焦炭和热空气等 C.主要原理为2Fe2O3+3C4Fe+2CO2↑ D.主要产物是生铁 解析:设理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为x。 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 160 112 100 t×80% 96%×x =　x≈58.3 t 故选B。 4.根据Fe3O4+4CO3Fe+4CO2的反应原理,工业上可用来冶炼铁。现用100 t含四氧化三铁为46.4%的某铁矿石冶炼金属铁。请回答下列问题,写出必要的计算过程。 (1)该铁矿石中含四氧化三铁的质量是多少? (2)理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是多少? 解:(1)铁矿石中含四氧化三铁的质量是100 t×46.4%=46.4 t。 (2)设理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是x。 Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 232 168 46.4 t 96%×x = x=35 t 答:(1)铁矿石中含四氧化三铁的质量是46.4 t; (2)理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是35 t。 3.(2024广宁月考)明代《天工开物》中有关火法炼锌的工艺方法:将炉甘石(ZnCO3)和木炭粉混合后加热到约800 ℃得到锌,主要发生的化学反应:①ZnCO3ZnO+X↑,②2ZnO+C2Zn+CO2↑。下列说法错误的是( ) A.X的化学式为CO2 B.反应②属于置换反应 C.反应后固体质量都减少 D.反应②中各元素的化合价都发生了改变 Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O 解:设该赤铁矿样品中Fe2O3的质量分数为x。 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 160 112 10 g×x 5.6 g =　x=80% 答:该赤铁矿样品中Fe2O3的质量分数为80%。 7.已知反应Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,向装有20 g Fe2O3的硬质玻璃管中通入CO,加热反应一段时间后,测得玻璃管中剩余固体质量为15.2 g,则下列说法正确的是( ) A.该反应中,CO是氧化剂 B.反应生成铁的质量为15.2 g C.反应生成CO2的质量为16.5 g D.参加反应的Fe2O3占原总质量的80% 8.[科学探究与实践] (2024虎门模拟)如图所示是CO还原氧化铁的微型实验装置(夹持仪器等省略),已知:HCOOHH2O+CO↑,下列说法不正确的是( ) A.实验中所需CO可现制现用 B.此装置可节约试剂,污染小,现象明显 C.实验时先挤压软塑料滴瓶,再点燃酒精喷灯 D.热浓硫酸在反应前后的性质不变 Fe2O32Fe+3CO2 ①铜生锈时发生反应2Cu+CO2+O2+XCu2(OH)2CO3,其中X的化学式为　 　。  ②孔雀石呈翠绿色,易被发现和识别,这利用的是孔雀石的　 　(填“物理”或“化学”)性质。  Fe+CuSO4FeSO4+Cu $$