第21讲 金属矿物及铁的冶炼-【暑假自学课】2025年新九年级化学暑假提升精品讲义（沪教版2024）

第21讲 金属矿物及铁的冶炼 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 常见的金属矿物 1. 金属在自然界中的存在 （1） 地壳中几种金属元素的含量有大到小的顺序为Al、Fe、Ca、Na、K…… （2） 金属元素在自然界中分布很广，除极少数不活泼的金属（如铂、金、银等） 以单质形式存在外，其余大多数以化合物形式存在。 2. 几种常见的金属矿物 类型 名称 主要成分的化学式 类型 名称 主要成分的化学式 铁的矿物 赤铁矿 Fe2O3 铜的矿物 黄铜矿 CuFeS2 磁铁矿 Fe3O4 辉铜矿 Cu2S 菱铁矿 FeCO3 孔雀石 Cu2(OH)2CO3 黄铁矿 FeS2 铝的矿物 铝土矿 Al(OH)3 褐铁矿 Fe2O3·xH2O 明矾石 KAl3(SO4)2(OH)6 3. 金属的冶炼 使金属矿物转化成金属的过程称为金属冶炼。 【方法导引】 冶炼金属时，选择矿石应遵循的原则：一是含金属量高；二是不易产生污染；三是原料来源广。 知识点2 铁冶炼的化学原理 1. 我国古代炼铁 我国铁的冶炼最早可以追溯到殷商时期，到春秋战国时期已出现了较为成熟的炼铁技术。 2. 一氧化碳还原氧化铁 （1） 实验装置： （2） 实验现象：红棕色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，点燃尾气，燃烧产生蓝色火焰。 （3） 有关化学方程式： ①酒精喷灯处：Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 ②试管中：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O ③点燃处理尾气：2CO＋O2 点燃 2CO2 （4） 注意事项： ①实验时先通入一氧化碳气体，目的是排出装置内的空气，防止一氧化碳中混有空气，加热时发生爆炸。 ②红棕色粉末完全变黑后，应先撤走酒精喷灯，继续通一氧化碳到装置冷却，目的是防止生成的热的铁被空气中的氧气氧化，也能防止试管中的澄清石灰水倒吸导致玻璃管炸裂。 【素养提升】 一氧化碳还原氧化铁的步骤可巧记为：一氧化碳早出晚归，酒精喷灯迟到早退。 3. 工业炼铁 （1） 主要设备：高炉。 （2） 原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。 （3） 主要原理： ①从高炉下方通入热空气，焦炭燃烧：C＋O2 高温 CO2 ②生成的二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳气体：C+CO2 高温 2CO ③一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁：Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 （4） 产品：生铁。 【特别说明】 原料中石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅变为炉渣。 4. 金属的其他冶炼方法 （1） 湿法冶金：古代书籍记载的“曾青得铁则化为铜”，“曾青”是指可溶性的铜的化合物，例如 Fe＋CuSO4==FeSO4＋Cu。 （2）直接加热法：对于某些很不活泼的金属，可利用加热其氧化物分解制得，如HgO ∆ 2Hg+O2↑。 （3）电解法：有些金属（如钠、钾、镁和铝等）很难从其矿物中提取出来。为了制得这些金属，需要用电解的方法。如2Al2O3 通电 4Al＋3O2 ↑。 【特别说明】 炼钢的原理是在高温下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣而除去。 教材习题02（P172） 明代宋应星所著的《天工开物》中有关于“火法”冶炼金属锌的工艺记载： “每炉甘石（主要成分是碳酸锌）十斤装载入一泥罐内……然后逐层用煤 炭饼（反应后生成一氧化碳）垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅（锌）也。”下列说法中正确的是 。 ① 煤炭中起作用的主要成分是碳 ② 冶炼锌的化学方程式为：ZnCO3 + 2C 高温 Zn + 3CO↑ ③ 冶炼锌的过程中碳元素的化合价有变化 ④ 倭铅是指金属锌和铅的混合物 解题方法 煤的主要成分是碳单质，碳单质具有可燃性和还原性，即煤炭中起作用的成分是C，①正确；碳酸锌与碳在高温下最终反应生成锌和二氧化碳，②错误；冶炼锌的过程中碳转化为含碳化合物，碳元素化合价发生变化，③正确；依据题意可知，倭铅是指金属锌，④错误。 【答案】①③ 教材习题03（P172） 某炼铁厂用于高炉炼铁的主要原料是赤铁矿石、焦炭、空气等，主要反应过程如下图所示。 写出上述反应（1）、（2）、（3）的化学方程式。 解题方法 反应（1）焦炭与过量空气在高温条件下生成二氧化碳，反应（2）二氧化碳与焦炭在高温条件下生成一氧化碳，反应（3）一氧化碳与赤铁矿石在高温条件下反应生成铁和二氧化碳。 【答案】C＋O2 高温 CO2 C+CO2 高温 2CO Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 考点一 一氧化碳还原氧化铜实验 1．如图是实验室模拟工业炼铁的装置。下列有关分析不正确的是 A．澄清石灰水变浑浊，说明有生成 B．该反应中，失去氧的物质是 C．具有可燃性 D．硬质玻璃管中的现象是红色固体逐渐变黑 【答案】B 【解析】A、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，实验中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，选项正确； B、反应中一氧化碳得到氧变成二氧化碳，氧化铁失去氧变成铁，选项错误； C、尾部气体被点燃，说明一氧化碳具有可燃性，选项正确； D、硬质玻璃管中一氧化碳和氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，红色固体逐渐变黑，选项正确； 故选B。 2．如图为实验室模拟一氧化碳还原氧化铁的实验装置。下列说法中不正确的是 A．开始时应先通入一氧化碳，后点燃酒精喷灯 B．该实验的原理为 C．参加反应的一氧化碳具有还原性 D．将尾气点燃或收集，可防止一氧化碳污染空气 【答案】B 【解析】A、开始时应先通入一氧化碳，排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸，后点燃酒精喷灯，该操作正确，不符合题意； B、一氧化碳和氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，该化学方程式没有注明反应条件 “高温”，正确的化学方程式是，符合题意； C、在该反应中，一氧化碳夺取了氧化铁中的氧，使氧化铁被还原为铁，所以参加反应的一氧化碳具有还原性，不符合题意； D、一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染空气，将尾气点燃或收集，可防止一氧化碳污染空气，不符合题意。 故选B。 3．金属及金属材料在生产、生活中应用广泛。铁是年产量最高的金属。 (1)实验室可用如图所示的装置进行模拟炼铁。在加热前，应向往玻璃管中通入一氧化碳气体的原因是 ，A中发生反应的化学方程式为 。 (2)B装置中反应的化学方程式为 。 (3)从环保的角度来看，该装置缺少了什么？ 。 【答案】(1) 排出装置中的空气，防止加热时一氧化碳和空气混合可能发生爆炸 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (2)CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O (3)尾气处理装置 【解析】（1）在加热前，应向往玻璃管中通入一氧化碳气体的原因是：排出装置中的空气，防止加热时一氧化碳和空气混合可能发生爆炸；A中发生的反应是一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2； （2）B装置中的反应是二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，化学方程式为：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O； （3）从环保的角度来看，该装置缺少了尾气处理装置。 考点二 工业炼铁 4．宋代《天工开物》记载用煤冶铁，其原理与现代工业炼铁有相似之处。下列说法正确的是 A．煤直接作为还原剂将铁从矿石中还原出来 B．冶炼过程中，石灰石用于除去铁矿石中的二氧化硅 C．现代高炉炼铁中，焦炭仅用于提供高温 D．炼铁时得到的产物是纯净的铁 【答案】B 【解析】A、煤的主要成分是碳，在高温下会与氧气反应生成一氧化碳（CO），而CO才是主要的还原剂，将铁矿石（如Fe2O3）还原为铁。选项错误； B、石灰石（主要成分CaCO3）在高温下分解为生石灰（CaO），CaO与铁矿石中的SiO2反应生成炉渣（CaSiO3），从而除去杂质。选项正确； C、焦炭的作用包括： 作为燃料提供高温； 通过反应生成CO，作为还原剂。选项错误； D、高炉炼铁得到的是生铁，含有碳（约2-4.3%）及其他杂质（如硅、锰等），并非纯铁。 选项错误； 故选B。 5．下图是某炼铁厂炼铁的大致流程，下列有关说法错误的是 A．②是CO B．③是生铁 C．②③反应的化学方程式为： D．①和②分子构成不同，致使二者的化学性质有很大差异 【答案】C 【解析】A、焦炭和过量的空气燃烧反应生成二氧化碳，二氧化碳和焦炭在高温条件下反应生成一氧化碳，一氧化碳和赤铁矿在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，因此A是二氧化碳，故选项说法正确； B、根据选项A可知，③是生铁，故选项说法正确； C、②③是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：，故选项说法错误； D、①是二氧化碳，②是一氧化碳，两者的分子构成不同，致使二者的化学性质有很大差异，故选项说法正确。 故选：D。 6．如图是炼铁高炉示意图。下列叙述不正确的是 A．图中高炉炼铁的赤铁矿石的主要成分为 B．焦炭提供了炼铁所需的热能，同时提供了CO C．排放的高炉气体中含量最多的是氮气 D．高炉炼铁所得的产物生铁属于纯净物 【答案】D 【解析】A、高炉炼铁的赤铁矿石的主要成分为Fe2O3，故选项说法正确； B、焦炭通过反应碳和氧气燃烧反应生成二氧化碳，提供了炼铁所需的热能，同时通过反应碳和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，生成了还原剂，故选项说法正确； C、进入高炉的空气仅氧气参与燃烧，富余的氮气最终在高炉气体中含量最多，故选项说法正确； D、高炉炼铁所得的产物生铁中含有铁和碳元素等，属于混合物，故选项说法错误。 故选：D。 考点三 金属冶炼的计算 7．某炼铁厂用赤铁矿石冶炼生铁。若要炼出1120t含铁90%的生铁，需要含氧化铁80%的赤铁矿石的质量是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】设理论上需要含氧化铁80%的赤铁矿石的质量为x x=1800t。 故选C。 8． 铁是一种应用广泛的金属。现在用含有氧化铁64%的赤铁矿100t冶炼成铁，理论上可得到铁的质量是多少？ 【答案】设理论上可得到铁的质量为x， x=44.8t； 答：理论上可得到铁的质量是44.8t。 【解析】见答案。 9．我国铁矿石资源比较丰富，某钢铁厂用1200t含氧化铁80%的赤铁矿石炼铁，理论上可以炼出含杂质4%的生铁多少吨？ 【答案】解:1200t含氧化铁80%的赤铁矿石中氧化铁的质量为1200t×80%=960t 设理论上可以炼出含杂质4%的生铁质量为x 答:理论上可以炼出含杂质4%的生铁700t。 【解析】见答案。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.了解一些常见金属矿物的主要化学成分，认识大多数金属在自然界中以金属矿物的形式存在。 2.通过实验室模拟工业炼铁原理的实验，了解从铁矿石中将铁提炼出来的方法，体会化学方法在金属冶炼中的重要作用。 3.认识工业炼铁的主要原理及设备，能对炼铁的原料及产品进行相关计算。 【学习重难点】 1.一氧化碳与氧化铁反应的原理。 2.工业炼铁的反应原理及原料、设备。 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。 我国冶炼金属的历史悠久、回答2~4题。 2．远古时期火法炼铜的原料是孔雀石【主要成分为Cu2（OH）2CO3】，组成Cu2（OH）2CO3的元素种类为 A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 3．块炼铁以炭和铁矿石为原料，反应之一为，该反应中，化合价降低的元素是 A．铁元素 B．碳元素 C．氧元素 D．铁元素和碳元素 4．冶炼钛（Ti）的反应之一为，该反应属于 A．化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应 【答案】2．B 3．A 4．C 【分析】2．组成Cu2（OH）2CO3的元素Cu、O、H、C四种元素，故选B。 3．在反应中，铁元素的化合价由+3价变为0价，化合价降低；碳元素的化合价由+2变为+4价，化合价升高，故选A。 4．,该反应是由一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应，属于置换反应，故选C。 5．同学们收集的下列矿石样品中，主要成分为Fe3O4的是 A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．孔雀石 D．铝土矿 【答案】B 【解析】A、赤铁矿的主要成分是氧化铁，其主要成分的化学式为Fe2O3，故选项不符合题意； B、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，其主要成分的化学式为Fe3O4，故选项符合题意； C、孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，其主要成分的化学式为Cu2(OH)2CO3，故选项不符合题意； D、铝土矿的主要成分是氧化铝，其主要成分的化学式为Al2O3，故选项不符合题意。 故选B。 6．实验室用图装置模拟炼铁。下列说法正确的是 A．磁铁矿的主要成分是Fe2O3 B．应先加热Fe2O3再通入CO C．红棕色的逐渐变黑 D．气体通过澄清石灰水后可直接排放 【答案】C 【解析】A、磁铁矿的主要成分是Fe3O4，故A错误。 B、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原因是排尽玻璃管中的空气，防止发生爆炸，故B错误。 C、一氧化碳具有还原性，能与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，实验进行一段时间后，玻璃管A中出现的现象是红棕色粉末逐渐变黑，故C正确。 D、一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，气体通过澄清石灰水后，仍存在CO，不能直接排放，可将玻璃管改成尖嘴点燃或用气球收集，故D错误。 故选C。 7．肇庆端砚是中国国家地理标志产品，端砚中含有少量的氧化铁，下列说法错误的是 A．氧化铁属于氧化物 B．氧化铁是赤铁矿的主要成分 C．人体缺铁易贫血 D．铁是地壳中含量最高的金属元素 【答案】D 【解析】A、氧化物是由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物。氧化铁（Fe2O3）由铁和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项说法正确； B、赤铁矿的主要成分就是氧化铁（Fe2O3），该选项说法正确； C、铁是合成血红蛋白的重要元素，人体缺铁时，血红蛋白合成不足，易患缺铁性贫血，该选项说法正确； D、地壳中含量前五的元素由高到低依次为氧、硅、铝、铁、钙，因此地壳中含量最高的金属元素是铝元素，而不是铁元素，该选项说法错误。 故选D。 8．宋代绢本《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石[主要成分为]，深红色来自赭石(赤铁矿)，黑色来自炭黑。下列说法错误的是 A．炭黑由松枝烧制，该过程是物理变化 B．从元素组成看，孔雀石可以冶炼出金属铜 C．赭石主要成分是 D．《千里江山图》历经千年色彩依然，是因为常温下所用颜料的化学性质不活泼 【答案】A 【解析】A、炭黑由松枝烧制，涉及燃烧，有新物质生成，该过程是化学变化，故A错误； B、根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，从元素组成看，孔雀石[主要成分为]中含有铜元素，则孔雀石可以冶炼出金属铜，故B正确； C、赭石即赤铁矿，主要成分是氧化铁，其化学式是Fe2O3，故C正确； D、《千里江山图》历经千年色彩依然，是因为常温下所用颜料的化学性质不活泼，不易发生反应，故D正确； 故选：A。 9．碳及其部分化合物的转化关系如图所示，其中X表示一种反应物。下列说法正确的是 A．X只能是氧气 B．反应①可以用于冶炼金属 C．打开碳酸饮料瓶盖时会发生反应② D．不可能转化成CO 【答案】B 【解析】A、C能与O2反应生成CO2，C也能与金属氧化物反应生成CO2，故选项说法错误； B、反应①可以为一氧化碳与金属氧化物高温条件下反应生成相应的金属和二氧化碳，该反应可以用于金属的冶炼，故选项说法正确； C、打开瓶盖时瓶内压强变小，碳酸会分解生成水和二氧化碳，不会发生反应②，故选项说法错误； D、二氧化碳可与碳在高温的条件下反应生成一氧化碳，故选项说法错误。 故选B。 10．用图1所示装置进行还原的实验，装置中固体的质量随通入气体的质量变化如图2所示。下列分析正确的是 A．应在a点时点燃酒精喷灯 B．段可观察到澄清石灰水变浑浊 C．段硬质玻璃管中发生置换反应生成铁单质 D．段继续通入的目的之一是防止铁被氧化 【答案】D 【解析】A、实验开始前先通入一氧化碳，排尽装置内的空气后，再点燃酒精喷灯加热玻璃管中的氧化铁，防止发生爆炸，故错误； B、由图可知，段固体的质量不变，说明反应还没开始，观察不到澄清石灰水变浑浊，故错误； C、段硬质玻璃管中发生是,该反应的反应物是两种化合物，不属于置换反应，故错误； D、段实验结束时应先熄灭酒精喷灯，继续通入CO至还原出的铁粉冷却，这样可以防止铁在冷却过程中被氧化，故正确。 故选D。 11．2024年，中国钢铁行业在全球排名第一。下图是竖炉炼铁的工艺流程图，有关炼铁的说法错误的是 A．赤铁矿的主要成分是 B．粉碎铁矿石是为了增大反应物的接触面积 C．还原反应室中有下列反应发生： D．催化反应室中，利用高温尾气与天然气催化反应，可回收热量，提升能源利用率 【答案】C 【解析】A、赤铁矿的主要成分为氧化铁，化学式为Fe2O3，该选项说法正确； B、粉碎铁矿石，能增大反应物的接触面积，使其充分反应，该选项说法正确； C、还原室中，一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：，该选项说法不正确； D、催化反应室中，天然气和高温尾气反应，既能提供一氧化碳和氢气，还能回收热量，提升能源利用率，该选项说法正确。 故选C。 12． 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 【答案】C 【解析】A、盛装药品前应先检查装置气密性，以防止装置漏气，选项A正确； B、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原因是排尽玻璃管中的空气，防止发生爆炸。加热后有二氧化碳生成，会观察到B中出现浑浊，选项B正确； C、一氧化碳难溶于水，长导管是出水管，导管口的连接顺序应该为a→c→b→d，选项C错误； D、生铁中含有碳等杂质，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，选项D正确。 故选C。 13．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色 D．装置中导管末端加一点燃的酒精灯，目的是为了燃烧未反应的一氧化碳，防止污染环境 【答案】C 【解析】A.一氧化碳不纯时会发生爆炸，则实验开始前要先通入一氧化碳再加热，目的是除去玻璃管内的空气，该选项说法正确； B.玻璃管中发生的反应是一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，其中氧化铁失去了氧，发生了还原反应，该选项说法正确； C.由于氧化铁是红棕色，铁粉是黑色，则玻璃管内的现象是红色粉末变黑色，该选项说法错误； D.由于一氧化碳有毒，会污染空气，则尾部加一台燃着的酒精灯，目的是除去一氧化碳，防止污染空气，该选项说法正确， 故选C。 14．钢铁是使用最多的金属材料。如图1是炼铁高炉的结构图，图2是同学们在实验室模拟炼铁的装置图。 (1)高炉炼铁时，焦炭的作用除了为炼铁提供能量外，还可以提供反应所需原料，相关的化学方程式为 。 (2)将矿物加入高炉前进行粉碎的目的是 。 (3)图2中，实验开始前要先通入，目的是 。硬质玻璃管内发生反应的现象为 。 (4)老师认为该装置存在一定的问题，请你帮他们进行改正： 。 【答案】(1)、 (2)增大反应物的接触面积，使反应更充分 (3) 排出装置内的空气，防止爆炸 红棕色粉末逐渐变黑 (4)增加尾气处理装置/在导管末端放置点燃的酒精灯/用气球收集尾气（合理即可） 【解析】（1）焦炭在高炉炼铁中的作用，一是在点燃条件下与氧气反应生成二氧化碳，释放大量热，为炼铁提供能量，化学方程式为；二是生成的二氧化碳在高温下与焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳是炼铁的还原剂，化学方程式为。 （2）将矿物加入高炉前进行粉碎，是通过增大反应物的接触面积，从而加快反应速率，让反应进行得更充分。 （3）一氧化碳具有可燃性，与空气混合加热时可能会发生爆炸。实验开始前先通入一氧化碳，就是为了排尽装置内的空气，避免加热时引发爆炸； 硬质玻璃管内发生的反应是一氧化碳还原氧化铁，化学方程式为，氧化铁是红棕色粉末，被还原成的铁粉是黑色的，所以现象是红棕色粉末逐渐变黑。 （4）一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境。所以需要在装置末端添加尾气处理装置，比如将尾气点燃，使其转化为二氧化碳，或者用气球收集尾气，避免一氧化碳排放到空气中。 15．某小组同学对炼铁高炉中发生的主要反应进行了知识网络建构，各物质之间的转化关系如图所示（反应条件已略去）。A~H是初中化学常见物质，其中B、D、G为高炉炼铁原料的主要成分，且G为红棕色氧化物。请回答下列问题： (1)G的化学式为 。 (2)反应③的化学方程式为 。 (3)反应①在高炉炼铁中的作用是 （写一条即可）。。 【答案】(1)Fe2O3 (2) (3)提供热量，产生高温/生成的二氧化碳作为产生一氧化碳的原料 【分析】高炉炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气等，A~H是初中化学常见物质，其中B、D、G为高炉炼铁原料的主要成分，且G为红棕色氧化物，则G是氧化铁；B、D可能是碳酸钙和碳，D通过分解反应生成C和E，碳酸钙在高温条件下反应生成氧化钙和二氧化碳，则D是碳酸钙，B是碳，C是二氧化碳，E是氧化钙；A和B（碳）反应生成C（二氧化碳），碳在氧气中燃烧生成二氧化碳，则A可能是氧气；B（碳）与C（二氧化碳）能转化为F，碳和二氧化碳在高温条件下反应生成F，则F是一氧化碳；F（一氧化碳）与G（氧化铁）转化为C（二氧化碳）和H，一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，则H是铁，再将推导出的物质代入原题中，推导合理。 【解析】（1）G是氧化铁，化学式：Fe2O3； （2）反应③中发生的反应是碳和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，该反应化学方程式：； （3）反应①是碳和氧气反应生成在氧气充足条件下反应生成二氧化碳，碳充分燃烧，铁炼铁需要的热量，产生高温；碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，因此生成的二氧化碳还可作为产生一氧化碳的原料。 16．我国高铁建设走在世界前列，修建高铁需要大量铁矿石来炼铁，进而炼钢。 (1)下列三种铁矿石的主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeCO3中，含铁量最高的是 。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、 、 和石灰石。 (2)要炼出含铁96%的生铁1000 t，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿多少吨？若高炉气体不加处理，理论上会向大气中排放CO2多少吨？（无计算过程不给分，计算结果保留整数。） 【答案】(1) Fe3O4 焦炭 空气 (2)解：设至少需要赤铁矿的质量为x，反应产生CO2的质量为y ＝ x=1714 t ＝ y =1131 t 答：至少需要含氧化铁80%的赤铁矿1714 t，理论上会向大气中排放CO2 1131 t。 【解析】（1）三种铁矿石的主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeCO3中，含铁量分别为，，，故最高的是Fe3O4。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、焦炭、空气和石灰石。 （2）见答案。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第21讲 金属矿物及铁的冶炼 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 常见的金属矿物 1. 金属在自然界中的存在 （1） 地壳中几种金属元素的含量有大到小的顺序为 、 、Ca、Na、K…… （2） 金属元素在自然界中分布很广，除极少数不活泼的金属（如铂、金、银等） 以 形式存在外，其余大多数以 形式存在。 2. 几种常见的金属矿物 类型 名称 主要成分的化学式 类型 名称 主要成分的化学式 铁的矿物 赤铁矿 铜的矿物 黄铜矿 CuFeS2 磁铁矿 辉铜矿 Cu2S 菱铁矿 FeCO3 孔雀石 黄铁矿 FeS2 铝的矿物 铝土矿 褐铁矿 Fe2O3·xH2O 明矾石 KAl3(SO4)2(OH)6 3. 金属的冶炼 使 转化成 的过程称为金属冶炼。 【方法导引】 冶炼金属时，选择矿石应遵循的原则：一是含金属量高；二是不易产生污染；三是原料来源广。 知识点2 铁冶炼的化学原理 1. 我国古代炼铁 我国铁的冶炼最早可以追溯到 时期，到 时期已出现了较为成熟的炼铁技术。 2. 一氧化碳还原氧化铁 （1） 实验装置： （2） 实验现象：红棕色粉末逐渐变成 ，澄清石灰水 ，点燃尾气，燃烧产生 。 （3） 有关化学方程式： ①酒精喷灯处： ②试管中： ③点燃处理尾气： （4） 注意事项： ①实验时先通入一氧化碳气体，目的是 ，防止 。 ②红棕色粉末完全变黑后，应先 ，继续 ，目的是防止 ，也能防止 。 【素养提升】 一氧化碳还原氧化铁的步骤可巧记为：一氧化碳早出晚归，酒精喷灯迟到早退。 3. 工业炼铁 （1） 主要设备： 。 （2） 原料：铁矿石、 、 和空气。 （3） 主要原理： ①从高炉下方通入热空气，焦炭燃烧： ②生成的二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳气体： ③一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁： （4） 产品： 。 【特别说明】 原料中石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅变为炉渣。 4. 金属的其他冶炼方法 （1） 湿法冶金：古代书籍记载的“曾青得铁则化为铜”，“曾青”是指可溶性的铜的化合物，例如 Fe＋CuSO4== 。 （2）直接加热法：对于某些很不活泼的金属，可利用加热其氧化物分解制得，如HgO ∆ 。 （3）电解法：有些金属（如钠、钾、镁和铝等）很难从其矿物中提取出来。为了制得这些金属，需要用电解的方法。如2Al2O3 通电 。 【特别说明】 炼钢的原理是在高温下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣而除去。 教材习题02（P172） 明代宋应星所著的《天工开物》中有关于“火法”冶炼金属锌的工艺记载： “每炉甘石（主要成分是碳酸锌）十斤装载入一泥罐内……然后逐层用煤 炭饼（反应后生成一氧化碳）垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出……即倭铅（锌）也。”下列说法中正确的是 。 ① 煤炭中起作用的主要成分是碳 ② 冶炼锌的化学方程式为：ZnCO3 + 2C 高温 Zn + 3CO↑ ③ 冶炼锌的过程中碳元素的化合价有变化 ④ 倭铅是指金属锌和铅的混合物 解题方法 煤的主要成分是碳单质，碳单质具有可燃性和还原性，即煤炭中起作用的成分是C，①正确；碳酸锌与碳在高温下最终反应生成锌和二氧化碳，②错误；冶炼锌的过程中碳转化为含碳化合物，碳元素化合价发生变化，③正确；依据题意可知，倭铅是指金属锌，④错误。 【答案】 教材习题03（P172） 某炼铁厂用于高炉炼铁的主要原料是赤铁矿石、焦炭、空气等，主要反应过程如下图所示。 写出上述反应（1）、（2）、（3）的化学方程式。 解题方法 反应（1）焦炭与过量空气在高温条件下生成二氧化碳，反应（2）二氧化碳与焦炭在高温条件下生成一氧化碳，反应（3）一氧化碳与赤铁矿石在高温条件下反应生成铁和二氧化碳。 【答案】 考点一 一氧化碳还原氧化铜实验 1．如图是实验室模拟工业炼铁的装置。下列有关分析不正确的是 A．澄清石灰水变浑浊，说明有生成 B．该反应中，失去氧的物质是 C．具有可燃性 D．硬质玻璃管中的现象是红色固体逐渐变黑 2．如图为实验室模拟一氧化碳还原氧化铁的实验装置。下列说法中不正确的是 A．开始时应先通入一氧化碳，后点燃酒精喷灯 B．该实验的原理为 C．参加反应的一氧化碳具有还原性 D．将尾气点燃或收集，可防止一氧化碳污染空气 3．金属及金属材料在生产、生活中应用广泛。铁是年产量最高的金属。 (1)实验室可用如图所示的装置进行模拟炼铁。在加热前，应向往玻璃管中通入一氧化碳气体的原因是 ，A中发生反应的化学方程式为 。 (2)B装置中反应的化学方程式为 。 (3)从环保的角度来看，该装置缺少了什么？ 。 考点二 工业炼铁 4．宋代《天工开物》记载用煤冶铁，其原理与现代工业炼铁有相似之处。下列说法正确的是 A．煤直接作为还原剂将铁从矿石中还原出来 B．冶炼过程中，石灰石用于除去铁矿石中的二氧化硅 C．现代高炉炼铁中，焦炭仅用于提供高温 D．炼铁时得到的产物是纯净的铁 5．下图是某炼铁厂炼铁的大致流程，下列有关说法错误的是 A．②是CO B．③是生铁 C．②③反应的化学方程式为： D．①和②分子构成不同，致使二者的化学性质有很大差异 6．如图是炼铁高炉示意图。下列叙述不正确的是 A．图中高炉炼铁的赤铁矿石的主要成分为 B．焦炭提供了炼铁所需的热能，同时提供了CO C．排放的高炉气体中含量最多的是氮气 D．高炉炼铁所得的产物生铁属于纯净物 考点三 金属冶炼的计算 7．某炼铁厂用赤铁矿石冶炼生铁。若要炼出1120t含铁90%的生铁，需要含氧化铁80%的赤铁矿石的质量是 A． B． C． D． 8． 铁是一种应用广泛的金属。现在用含有氧化铁64%的赤铁矿100t冶炼成铁，理论上可得到铁的质量是多少？ 9．我国铁矿石资源比较丰富，某钢铁厂用1200t含氧化铁80%的赤铁矿石炼铁，理论上可以炼出含杂质4%的生铁多少吨？ 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.了解一些常见金属矿物的主要化学成分，认识大多数金属在自然界中以金属矿物的形式存在。 2.通过实验室模拟工业炼铁原理的实验，了解从铁矿石中将铁提炼出来的方法，体会化学方法在金属冶炼中的重要作用。 3.认识工业炼铁的主要原理及设备，能对炼铁的原料及产品进行相关计算。 【学习重难点】 1.一氧化碳与氧化铁反应的原理。 2.工业炼铁的反应原理及原料、设备。 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A12O3） D．赤铜矿（主要成分是Cu2O） 我国冶炼金属的历史悠久、回答2~4题。 2．远古时期火法炼铜的原料是孔雀石【主要成分为Cu2（OH）2CO3】，组成Cu2（OH）2CO3的元素种类为 A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 3．块炼铁以炭和铁矿石为原料，反应之一为，该反应中，化合价降低的元素是 A．铁元素 B．碳元素 C．氧元素 D．铁元素和碳元素 4．冶炼钛（Ti）的反应之一为，该反应属于 A．化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应 5．同学们收集的下列矿石样品中，主要成分为Fe3O4的是 A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．孔雀石 D．铝土矿 6．实验室用图装置模拟炼铁。下列说法正确的是 A．磁铁矿的主要成分是Fe2O3 B．应先加热Fe2O3再通入CO C．红棕色的逐渐变黑 D．气体通过澄清石灰水后可直接排放 7．肇庆端砚是中国国家地理标志产品，端砚中含有少量的氧化铁，下列说法错误的是 A．氧化铁属于氧化物 B．氧化铁是赤铁矿的主要成分 C．人体缺铁易贫血 D．铁是地壳中含量最高的金属元素 8．宋代绢本《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石[主要成分为]，深红色来自赭石(赤铁矿)，黑色来自炭黑。下列说法错误的是 A．炭黑由松枝烧制，该过程是物理变化 B．从元素组成看，孔雀石可以冶炼出金属铜 C．赭石主要成分是 D．《千里江山图》历经千年色彩依然，是因为常温下所用颜料的化学性质不活泼 9．碳及其部分化合物的转化关系如图所示，其中X表示一种反应物。下列说法正确的是 A．X只能是氧气 B．反应①可以用于冶炼金属 C．打开碳酸饮料瓶盖时会发生反应② D．不可能转化成CO 10．用图1所示装置进行还原的实验，装置中固体的质量随通入气体的质量变化如图2所示。下列分析正确的是 A．应在a点时点燃酒精喷灯 B．段可观察到澄清石灰水变浑浊 C．段硬质玻璃管中发生置换反应生成铁单质 D．段继续通入的目的之一是防止铁被氧化 11．2024年，中国钢铁行业在全球排名第一。下图是竖炉炼铁的工艺流程图，有关炼铁的说法错误的是 A．赤铁矿的主要成分是 B．粉碎铁矿石是为了增大反应物的接触面积 C．还原反应室中有下列反应发生： D．催化反应室中，利用高温尾气与天然气催化反应，可回收热量，提升能源利用率 12． 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 13．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色 D．装置中导管末端加一点燃的酒精灯，目的是为了燃烧未反应的一氧化碳，防止污染环境 14．钢铁是使用最多的金属材料。如图1是炼铁高炉的结构图，图2是同学们在实验室模拟炼铁的装置图。 (1)高炉炼铁时，焦炭的作用除了为炼铁提供能量外，还可以提供反应所需原料，相关的化学方程式为 。 (2)将矿物加入高炉前进行粉碎的目的是 。 (3)图2中，实验开始前要先通入，目的是 。硬质玻璃管内发生反应的现象为 。 (4)老师认为该装置存在一定的问题，请你帮他们进行改正： 。 15．某小组同学对炼铁高炉中发生的主要反应进行了知识网络建构，各物质之间的转化关系如图所示（反应条件已略去）。A~H是初中化学常见物质，其中B、D、G为高炉炼铁原料的主要成分，且G为红棕色氧化物。请回答下列问题： (1)G的化学式为 。 (2)反应③的化学方程式为 。 (3)反应①在高炉炼铁中的作用是 （写一条即可）。。 16．我国高铁建设走在世界前列，修建高铁需要大量铁矿石来炼铁，进而炼钢。 (1)下列三种铁矿石的主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeCO3中，含铁量最高的是 。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、 、 和石灰石。 (2)要炼出含铁96%的生铁1000 t，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿多少吨？若高炉气体不加处理，理论上会向大气中排放CO2多少吨？（无计算过程不给分，计算结果保留整数。） 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$