第1节 金属矿物质及铁的冶炼（8大题型专项训练，江苏专用）化学新教材沪教版九年级上册

第1节 金属矿物及铁的冶炼 题型01 常见的金属矿物 题型02 古代炼铁工艺 题型03 实验室模拟炼铁 题型04 工业炼铁 题型05 工业炼铁的产率计算 题型06 传统文化中的金属冶炼 题型07 铜的冶炼 题型08 金属冶炼的流程分析 题型01 常见的金属矿物 金属在自然界在的存在形式：大部分都以化合物的形式存在，少数很不活泼的金属如金等以单质形式存在，人类使用最早的金属是铜，目前，人类从矿石中提取量最大的金属是铁。地壳中含量位于前3位的金属元素：铝、铁、钙。 常见的金属矿物及主要成分的化学式。 矿物 赤铁矿 褐铁矿 黄铁矿 孔雀石 铝土矿 主要成分 Fe2O3 Fe2O3·xH2O FeS2 Cu2（OH）2CO3 Al（OH）3 【典例1】炼铁选用的铁矿石，不仅要求含铁量高，而且要求“有害元素”少，有以下几种铁矿石：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿，你认为最不适宜炼铁的是 A．磁铁矿 B．赤铁矿 C．褐铁矿 D．黄铁矿 【变式1-1】常见的金属矿石磁铁矿的主要成分是 A．Fe2O3 B．Fe3O4 C．FeCO3 D．Al2O3 【变式1-2】下列矿石中，主要成分不属于氧化物的是 A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．菱铁矿 D．铝土矿 【变式1-3】下表为部分金属矿石的名称及其主要成分 矿石 赤铁矿 黄铁矿 光卤石 石灰石 孔雀石 主要成分 Fe2O3 FeS2 KCl·MgCl2·6H2O CaCO3 Cu2(OH)2CO3 （1）可用于冶炼金属钙的矿石为 ，光卤石可冶炼的金属为 （写名称）。 （2）赤铁矿的主要成分为Fe2O3，其中铁元素的化合价为 ，Fe2O3中铁、氧元素的质量比为 。 （3）黄铁矿中含有硫元素，使用时会产生SO2，导致 ，一般不用黄铁矿炼铁。 （4）孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜，碱式碳酸铜中含有 种元素。 题型02 古代炼铁工艺 中国古代炼铁工艺始于春秋战国时期，主要将铁矿石与木炭混合，在较低温度（约800-1000℃）的竖炉中还原，得到熟铁，需反复锻打去除杂质。生铁冶炼则利用更高温度（1150-1300℃）的竖炉，使铁充分渗碳熔化，直接浇铸成器。明代《天工开物》详细记载了炼铁炉构造、鼓风技术及矿料配比。 【典例2】我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535 ℃。 根据图文回答下列问题。 （1）常见的铁矿石有赤铁矿和 （写一种）。 （2）炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。 （3）撒入潮泥灰主要作用是 。 【变式2-1】明代科学著作《天工开物》描述了古代炼铁的方法：“或用木炭，扇炉风箱，土（铁矿石）化成铁”。下列有关说法正确的是 A．赤铁矿石的主要成分是 Fe3O4 B．炼铁得到的是生铁 C．炼铁的反应属于复分解反应 D．木炭在炼铁的过程中只提供热量 【详解】A、赤铁矿石的主要成分是氧化铁，化学式为：Fe2O3，故选项说法错误； 【变式2-2】古籍中蕴含许多化学知识。 （1）王希孟的巨作《千里江山图》中的颜料都是来自天然矿石，其中的4种矿石及其主要成分如图： ①下列说法中，不合理的是 （填字母序号）。 A．孔雀石制作的颜料耐酸耐碱    B．朱砂中的汞元素属于人体的有害元素 C．赭石可以溶解在水中    D．绿松石主要成分含6种元素 ②Cu2(OH)2CO3中氢原子与氧原子的个数比为： 。 （2）我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 查阅资料：Ⅰ.潮泥灰主要成分是石灰石。Ⅱ.铁的熔点是。 根据图文回答下列问题。 ①风箱不断鼓入空气的作用是 。 ②不断翻炒液态生铁，是为了降低 元素的含量。 ③铁矿石中的Fe2O3和煤反应得到铁，化学方程式为： 。 题型03 实验室模拟炼铁 装置图 实验现象 红棕色粉末逐渐变为黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。 实验注意事项 先通入一氧化碳，排尽装置内的空气，然后再点燃酒精喷灯，防止一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸；实验完毕后要先撤酒精喷灯，继续通入一氧化碳，直到玻璃管冷却，防止高温的铁与空气接触，被再次氧化；同时可防止液体倒吸，炸裂试管。尾气中含有有毒的一氧化碳，可以用收集或点燃的方法处理，以防污染大气。 【典例3】实验室用如图装置模拟炼铁，下列说法正确的是 A．磁铁矿的主要成分是Fe2O3 B．上图反应原理： C．两图中得到的铁产品是不完全相同的 D．图1停止加热后继续通入CO，主要是防止石灰水倒吸 【变式3-1】如图是模拟工业炼铁的实验。 （1）澄清石灰水可用来检验反应后生成的气体，原理为 （用化学方程式表示）。 （2）在装置中先通CO气体的作用是 。 （3）工业上冶炼铁时需要加入石灰石，石灰石（主要成分为CaCO3）在高温下可将铁矿石中的SiO2转变为炉渣（CaSiO3），同时生成一种氧化物，反应过程中化合价不变。该反应的化学方程式为 。高炉中焦炭的作用是① ；② 。 （4）常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿等，其中磁铁矿主要成分的化学式为 ；矿石入炉前进行粉碎，目的是 。 【变式3-2】某化学兴趣小组的同学利用如图装置模拟工业炼铁。 （1）实验时装置A中的现象是 。 （2）B中发生反应的化学方程式为 。 （3）实验过程中，CO的作用有 （填序号）。 A．CO气体作为反应物 B．实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸 C．停止加热后，防止玻璃管中的生成物在较高温度下重新被氧化 D．停止加热后，防止试管中的液体倒吸入玻璃管中 【变式3-3】兴趣小组开展了与钢铁相关的探究活动。 Ⅰ.模拟炼铁（实验装置如图所示）。 （1）玻璃管中发生的化学反应方程式为 。 （2）为检验尾气中含有二氧化碳，乙装置中的试剂X是 （填名称）。 （3）图丙装置的作用是 。 Ⅱ.探究：加热一段时间后玻璃管中生成的黑色固体是什么？ 【查阅资料】①CO与Fe2O3反应的固体生成物与温度的关系如表： 温度 400~500℃ 600~680℃ 700~800℃ 生成物 Fe3O4 FeO Fe ②FeO为一种黑色固体，Fe3O4和Fe都能被磁铁吸引，Fe2O3和FeO不能被磁铁吸引。 ③CuSO4溶液不与铁的氧化物反应。 【作出猜想】 猜想Ⅰ：固体成分为Fe； 猜想Ⅱ：固体成分为Fe3O4； 猜想Ⅲ：固体成分为FeO。 【实验探究】 （4）完成下列实验报告 实验步骤 现象 结论 ①玻璃管冷却后，将固体倒出，用磁铁吸引 固体全部被吸引 猜想 不正确 ②向样品中加入足量CuSO4溶液，充分反应。 猜想Ⅰ正确 （5）工业上冶炼铁的过程中，为了提高铁的产率，温度应不低于 ℃。 题型04 工业炼铁 原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气等 原理 将铁矿石、焦炭、石灰石按一定比例加入高炉中，从高炉下方通入热空气，焦炭燃烧，生成的CO2与焦炭在高温下反应生成CO，CO跟Fe2O3在高温下反应生成Fe。 设备 高炉 主要反应 产品 生铁 【典例4】为了减少工业炼铁中CO、CO2的排放，小苏同学基于碳中和理念设计了一个低碳行动方案，方案流程如图所示，下列分析不正确的是 A．该方案可以实现CaCO3、CO的部分或全部循环利用 B．高炉气体中的二氧化碳排放到空气中会加剧温室效应 C．工业炼铁得到的是生铁，仍然有杂质 D．赤铁矿的主要成分是四氧化三铁 【变式4-1】如图是工业炼铁示意图。下列说法中不正确的是 A．赤铁矿的主要成分为Fe2O3 B．石灰石的作用是形成炉渣 C．焦炭的作用只是提供热量 D．高炉烟气对空气造成污染 【变式4-2】竖炉炼铁的工艺流程示意图如下所示，请回答下列问题。 （1）赤铁矿属于 （选填“纯净物”或“混合物”），其主要成分是 。 （2）粉碎机将矿石粉碎的目的是 。 （3）请任写一个还原反应室中发生的反应 。 （4）在催化反应室中，高温尾气中的二氧化碳和天然气发生反应生成合成气，请写出该反应的化学方程式 。 【变式4-3】（2025·江苏苏州·模拟预测）铁的广泛应用对工业革命的兴起和发展越到了关键作用，其冶炼过程是化学学习与研究的重要课题。 I．高炉炼铁 工业上常用赤铁矿石（主要成分为Fe2O3）冶炼生铁，高炉炼铁的设备结构如图1所示。 （1）炼铁的主要原理为 （用化学方程式表示）。 （2）加入石灰石的目的是将铁矿石中的少量SiO2在高温条件下转化为炉渣（CaSiO3）除去，过程中还生成了二氧化碳，该反应的化学方程式为 。 经过上述过程高炉底部得到液态形式的铁水及固体炉渣，通过不同高度的出口分离铁水与炉。 （3）能实现渣铁分离说明炉渣具有的性质是 （任写一条）。 （4）该过程运用的物质分离的一般思路与方法是___________（将序号排序）。 A．分析混合物成分 B．找到分离方法 C．寻找成分性质差异 Ⅱ．高炉尾气处理 高炉炼铁尾气中含有少量H2S等含硫气体，经燃烧后以SO2形式进入大气造成污染，处理H2S的过程包含两个阶段，反应阶段：2H2S+3O2SO2+2H2O，催化阶段：2H2S+SO23S+2H2O。 （5）反应阶段中硫元素的化合价在反应后 （填“升高”或“降低”）。 （6）活性Al2O3可作为催化阶段的催化剂、其活性会随温度的改变而发生改变，测得H2S的转化率随温度的变化曲线如图2所示。当温度高于t2℃时，H2S的办转化率迅速下降的原因可能是 。 Ⅲ．氢能炼铁替代高炉炼铁 同学们了解到可以利用氢气代替焦炭作为原料炼铁，如图3，分析该过程。 （7）从下部喷吹氢气，上部加入铁矿石的目的是 。 （8）某工艺每生成1吨铁水时，喷吹氢气的量与氢气利用率的关系如图4所示，可得出的结论是 。 （9）在某工艺下，氢气炼铁能得到海绵铁（多孔状的块状固体物质），可用于除去工业废水中的重金属离子。海绵铁能用于废水处理的原因是 。 题型05 工业炼铁中的产率计算 涉及不纯物的化学方程式计算（代入计算的一定是纯净物质量，如不纯物需要转换成纯净物质量）。如铁矿石、生铁等都属于混合物，计算时需要处理成纯净物才能计算。 【典例5】某钢铁厂采用赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）冶炼生铁，其每天需消耗赤铁矿石的相关数据如表所示： 项目 数据 每日消耗赤铁矿石质量（t） 2000 赤铁矿石中Fe2O3的质量分数 80% 生铁中杂质含量 4% 请根据以上数据，计算该厂理论上可日产含杂质4%的生铁多少吨？（保留小数点后一位） 【变式5-1】工业上可利用的反应来冶炼铁。现用100t含46.4%四氧化三铁的某铁矿石冶炼金属铁。请计算： （1）该铁矿石中含四氧化三铁的质量是 。 （2）理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是多少 ？（写出计算过程） 【变式5-2】磁铁矿石（主要成分为Fe3O4）是常用的炼铁原料，工业上可通过CO在高温的条件下将Fe3O4转化为Fe。 （1） Fe3O4中铁、氧的微观粒子数目之比为 ； （2）假设炼铁过程中铁没有损耗，用含348吨Fe3O4的磁铁矿石理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？（用化学方程式计算，并写出计算过程） 【变式5-3】Fe3O4是合成氨催化剂的主要成分，合成氨催化过程中部分Fe3O4与H2反应会使催化剂“失效”，在一定温度下可用O2将催化剂“再生”，原理如图1。 （1） FeO中铁元素的化合价是 ，铁元素、氧元素的质量比是 。 （2）通入O2加热，将43.2FeO进行再生，固体质量与温度变化的关系如图2。已知，t1℃~t2℃时，FeO转化为Fe3O4t3℃~t4℃时，Fe3O4转化为Fe2O3。 ⅰ.合成氨催化剂“再生”的最佳温度范围为 。 ⅱ.若将t4℃时得到的Fe2O3与一氧化碳反应制备含铁80%的生铁，理论上可得到生铁的质量是多少 。（写出计算过程） 题型06 传统文化中的金属冶炼 中国古代金属冶炼技术源远流长，青铜冶炼始于夏商时期，采用铜锡铅合金配方，创造出司母戊鼎等精美礼器。战国时期铁器冶炼突破发展，形成块炼铁与生铁冶炼并行的技术体系，汉代炒钢法和南北朝灌钢法的发明使钢铁质量显著提升。金银冶炼方面，先秦时期已掌握"灰吹法"提纯白银，唐代发展出"火法炼金"工艺。锌的冶炼技术尤为突出，明代《天工开物》记载的"升炼倭铅"法是世界最早的蒸馏法炼锌记录。这些冶炼成就不仅体现在《考工记》等典籍记载中，更通过越王勾践剑等出土文物得到实证，展现了古人对金属配比、淬火工艺的精准掌握，为农业生产、军事装备和社会发展提供了重要物质基础，成为中华文明科技成就的重要标志。 【典例6】我国是世界上锌冶炼最早的国家。明代宋应星所著的《天工开物》中有关“火法”炼锌的工艺记载是：“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。”此工艺过程分解模拟如图。（已知：的冶炼温度为904℃，的沸点为906℃。）请结合图文信息，分析思考，解决问题： （1）装入原料器之前，将炉甘石敲碎的目的是 。 （2）高温炉内，碳酸锌（）在高温条件下与煤的主要成分发生反应生成和，反应的化学方程式为 。 （3）我国古代冶锌晚于铁和铜，结合已知信息，分析说明其中的原因是 。 【变式6-1】《天工开物》是我国古代一部综合性的科技巨著，被誉为是“中国17世纪的工艺百科全书”。详细记载了我国古代炼铁和锌的冶炼方法。 （1）锌的冶炼方法∶将炉甘石（主要成分为ZnCO3）与煤炭饼混合后装入炼锌罐，罐口用泥密封（杂质不参与反应），[提示∶ZnCO3受热分解可生成ZnO等]。 （1）流程中“粉碎”属于 变化。（填“物理”还是“化学”） 。 （2）将矿石粉碎的目的是：增大接触面积，使反应更充分，并 。 （3）炉甘石与煤炭饼混合后高温，写出其中置换反应的化学方程式 。 【变式6-2】《天工开物》中记载了采矿和冶炼金属锡的场景。 （1）采矿（图1）：“水锡……其质黑色……愈经淘取。”水中淘取锡砂（指锡矿石）时，所用容器的孔径需 （填“大于”或“小于”）锡砂颗粒大小。锡砂的主要成分为 SnO2，SnO2 （填“易”或“难”）溶于水。 （2）冶炼（图2）：“SnO2凡煎炼亦用洪炉，入砂数百斤，丛架木炭亦数百斤，鼓鞴（指鼓入空气）熔化。” ①鼓入足量空气能使木炭 ，从而提高炉温； ②炼锡时，关键的一步操作为“点铅勾锡”，即加铅能使锡较易熔化流出，其原因是 ； （3）使用： ①锡往往与其他金属制成合金使用，目的是 （填“增大”或“减小”）硬度； ②古代锡器常用来饮酒喝茶，很少装酸性物质，原因是 。 【变式6-3】黄铜（锌和铜的合金）在古代应用非常广泛，古人用炉甘石（主要成分ZnCO3），赤铜（主要成分Cu2O）和木炭制备黄铜，其中一种流程如下： （1）Cu2O中铜元素的化合价为 。 （2）黄铜的熔点比铜和锌都 （填“高”或“低”）。 （3）反应Ⅱ中赤铜与木炭反应生成铜和二氧化碳，请写出此反应的化学方程式 。 （4）实验室现有锌片和铜片，小南同学要验证锌、铜的金属活动性强弱，小南可再选用 （填化学式，任填1种）溶液来达到实验目的。 题型07 铜的冶炼方法 中国古代铜冶炼技术可追溯至新石器时代晚期，早期采用氧化铜矿直接还原法，将孔雀石等矿石与木炭混合在陶制坩埚中加热至800℃左右获得纯铜。商周时期发展出成熟的青铜合金技术，通过控制铜锡铅比例（《考工记》记载"六齐"配方）铸造礼器与兵器，采用多块陶范组合铸造工艺，安阳殷墟出土的司母戊鼎重达832公斤，展现了高超的熔铸水平。冶炼设备从地炉逐步演化为竖炉，汉代出现以水排鼓风提高炉温的技术，《淮南万毕术》记载"曾青得铁则化为铜"的胆水炼铜法，宋代大规模应用于生产。火法冶炼包括选矿、焙烧、熔炼、精炼等工序，明代《天工开物》详细记录了用铅提纯银铜共生矿的"灰吹法"。这些技术成就推动了中国青铜文明的辉煌发展。 【典例7】（25-26九年级上·江苏无锡·期中）铜是人类较早冶炼的金属，化学小组对古法炼铜和现代炼铜开展研究。 I.古法炼铜（如图1），以孔雀石和木炭为原料，经高温煅烧、冷却得到块状金属铜。 查阅资料：①孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]； ②木炭在高温下会与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。 ③铜的熔点为1083.4℃，氧气充足时炭火的温度可达1200℃左右。 （1）试写出碱式碳酸铜中铜元素的化合价 。 （2）碱式碳酸铜受热会分解为三种氧化物，写出该反应的符号表达式 。 （3）球形容器封盖后保留细小通气孔的目的是 。 （4）此法冶炼产物是铜块而不是散落在木炭中的铜颗粒，原因是 。 Ⅱ.现代炼铜。现代工业常用黄铜矿火法炼铜的部分流程（如图2）。 （5）精炼时，竖炉内部进气管常设计成环形（如图3），该设计的优点是 。 【变式7-1】铜是人类使用最早的金属，铜及铜的化合物在生产、生活中应用广泛。 I.对铜制品的认识 （1）深埋于地下的古代青铜器能保存至今的原因除了铜的金属活动性弱、不易生锈外，从金属制品锈蚀的条件分析还可能是 。 （2）《吕氏春秋·别类篇》载有“金柔锡柔，合两柔则刚”，表明我们的祖先已认识到铜锡合金与纯铜的 不同。 （3）取导线内的铜，加入硝酸银溶液，发现铜表面有灰黑色固体析出，说明铜比银要 （填“活泼”或“稳定”）。 II.硫酸铜制取及应用 方案一： 方案二：将废铜屑倒入稀硫酸中，控温80℃并通入氧气制备硫酸铜。 （4）如图是方案二实验室模拟工业制备硫酸铜的装置。反应的化学方程式为 。 （5）从绿色化学的观点出发，上述两个方案中，你认为比较合理的是 （填“方案一”或“方案二”）。 （6）切割钢板时，通常利用硫酸铜溶液在钢板上先画出红线，该反应的化学方程式为 。 【变式7-2】铜箔在新能源汽车电池制造等领域有重要应用。一种制造铜箔工艺的主要工序如图1所示。 （1）“溶铜”前，粉碎处理铜原料的目的是 。 （2）“溶铜”中，存在Cu与生成CuO的反应，该反应属于 （填基本反应类型）。操作1的目的是除去难溶性固体杂质，该操作名称为 。 （3）“制箔”中，发生反应的化学方程式：，X的化学式为 。 （4）“制箔”需生产抗拉强度大于355MPa且延伸率大于13.5%的铜箔，据图可知，温度应控制在 内（填字母）。 a．    b．    c．    d． 题型08 金属冶炼的流程分析 金属冶炼流程主要包括铁、铜、铝三种典型金属的提取方法。铁的冶炼采用高炉法，将铁矿石（赤铁矿或磁铁矿）、焦炭和石灰石加入高炉，焦炭燃烧产生高温和一氧化碳使铁氧化物还原，石灰石作为熔剂去除杂质形成炉渣，最终得到生铁。铜的冶炼分火法和湿法两种，火法冶炼先将硫化铜矿焙烧成氧化铜，再与焦炭在反射炉中还原为粗铜；湿法冶炼则用硫酸浸泡氧化铜矿得到硫酸铜溶液，通过置换反应提取铜。铝的冶炼采用电解法，将氧化铝溶解在熔融的冰晶石中，通直流电分解得到金属铝。这些流程都涉及矿石预处理、还原反应和金属提纯三个关键环节，体现了利用化学反应从矿物中提取金属的科学原理。 【典例8】锌精矿主要成分是ZnS。火法炼锌的一般工艺流程如图所示。 （1）从设备1中放出的炉气排放前应 。 （2）为了加快设备2中化学反应速率，应对焦炭进行的操作是 。该设备中发生反应的化学方程式是 。 （3）设备3中锌蒸汽变为固体锌的微观实质是 。 （4）设备4中可以利用锌与杂质沸点不同将锌与杂质分离，请另举一例用沸点不同将混合物分离 。 【变式8-1】我国是最早冶炼锌的国家。用锌精矿（主要成分是ZnS）火法炼锌的工艺流程如图所示。 结合图文信息，分析思考，解决问题： （1）还原炉中，焦炭进入还原炉前需粉碎处理，这样做的目的是 。 （2）沸腾炉中，在高温条件下，锌精矿与氧气反应生成氧化锌和另一种有刺激性气味的气体： （填化学式）。 （3）冷凝器中发生 （选填“化学”或“物理”）变化。 【变式8-2】中国航天工业飞速发展，金属钛常被用于航空航天工业。如图是以钛铁矿为主要原料冶炼金属钛的生产工艺流程： 已知：①钛铁矿主要成分为钛酸亚铁FeTiO3。 ②钛铁浸在浓硫酸中发生反应： （1）中钛元素的化合价为 。 （2）反应前需将钛铁矿粉碎，其目的是 。 （3）操作③过滤中的需要用到的玻璃仪器有 。 （4）溶液Ⅱ的主要溶质为，加热时和水发生反应，经过滤得到。已知X的溶质是一种初中化学常见的酸，写出该反应的化学方程式 。 （5）步骤④发生的反应为，此反应需要在Ar氛围下进行，其中Ar的作用是 。 【变式8-3】钛（）是被誉为继铁、铝之后，必将崛起的第三金属。金属钛是航海、医疗等不可或缺的材料，钛铁矿（主要成分FeTiO3）是工业上冶炼金属钛的主要原料，制备金属钛的一种工艺流程如图所示（部分产物略）。 【查阅资料】 ①钛硬度大、熔点高、常温下耐酸碱； ②的沸点为，沸点为。 （1）已知FeTiO3中元素的化合价为+4价，请标出FeTiO3中铁元素的化合价 。 （2）X为可燃性氧化物，其化学式为 。 （3）步骤②分离出的方法，是利用了与的 不同。 （4）步骤③的化学方程式为 。 （5）该流程中可以循环利用的物质是 。（答出一种即可） 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 金属矿物及铁的冶炼 题型01 常见的金属矿物 题型02 古代炼铁工艺 题型03 实验室模拟炼铁 题型04 工业炼铁 题型05 工业炼铁的产率计算 题型06 传统文化中的金属冶炼 题型07 铜的冶炼 题型08 金属冶炼的流程分析 题型01 常见的金属矿物 金属在自然界在的存在形式：大部分都以化合物的形式存在，少数很不活泼的金属如金等以单质形式存在，人类使用最早的金属是铜，目前，人类从矿石中提取量最大的金属是铁。地壳中含量位于前3位的金属元素：铝、铁、钙。 常见的金属矿物及主要成分的化学式。 矿物 赤铁矿 褐铁矿 黄铁矿 孔雀石 铝土矿 主要成分 Fe2O3 Fe2O3·xH2O FeS2 Cu2（OH）2CO3 Al（OH）3 【典例1】炼铁选用的铁矿石，不仅要求含铁量高，而且要求“有害元素”少，有以下几种铁矿石：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿，你认为最不适宜炼铁的是 A．磁铁矿 B．赤铁矿 C．褐铁矿 D．黄铁矿 【答案】D 【详解】化学反应前后元素的种类不变，磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿中含有Fe、O、H元素，生成物不会产生含硫、氮元素的污染物，黄铁矿含有硫元素，会产生二氧化硫等污染物，所以最不适宜炼铁的是黄铁矿，故选D。 【变式1-1】常见的金属矿石磁铁矿的主要成分是 A．Fe2O3 B．Fe3O4 C．FeCO3 D．Al2O3 【答案】B 【详解】A、Fe2O3是赤铁矿的主要成分，俗称铁红，可用于炼铁等，该选项错误； B、Fe3O4是磁铁矿的主要成分，具有磁性，也可用于炼铁等，该选项正确； C、FeCO3是菱铁矿的主要成分，在一定条件下可用于提取铁元素，该选项错误； D、Al2O3是铝土矿等含铝矿石的主要成分，是冶炼铝的重要原料，该选项错误。 故选B。 【变式1-2】下列矿石中，主要成分不属于氧化物的是 A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．菱铁矿 D．铝土矿 【答案】C 【详解】A、赤铁矿的主要成分是Fe2O3，Fe2O3由铁和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项错误。 B、磁铁矿的主要成分是Fe3O4，Fe3O4由铁和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项错误。 C、菱铁矿的主要成分是FeCO3，FeCO3由铁、碳、氧三种元素组成，不属于氧化物，该选项正确。 D、铝土矿的主要成分是Al2O3，Al2O3由铝和氧两种元素组成，属于氧化物，该选项错误。 故选C。 【变式1-3】下表为部分金属矿石的名称及其主要成分 矿石 赤铁矿 黄铁矿 光卤石 石灰石 孔雀石 主要成分 Fe2O3 FeS2 KCl·MgCl2·6H2O CaCO3 Cu2(OH)2CO3 （1）可用于冶炼金属钙的矿石为 ，光卤石可冶炼的金属为 （写名称）。 （2）赤铁矿的主要成分为Fe2O3，其中铁元素的化合价为 ，Fe2O3中铁、氧元素的质量比为 。 （3）黄铁矿中含有硫元素，使用时会产生SO2，导致 ，一般不用黄铁矿炼铁。 （4）孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜，碱式碳酸铜中含有 种元素。 【答案】 （1）石灰石 钾和镁 （2）+3 7:3 （3）酸雨 （4）四/4 【详解】 （1）反应前后元素种类不变，石灰石中含有钙元素，则可用于冶炼金属钙； 光卤石中的金属元素有钾元素和镁元素，根据反应前后元素种类不变，则可冶炼的金属为钾和钙。 （2）Fe2O3中氧元素化合价为-2价，设铁元素的化合价为x，根据“化合物中各元素化合价代数和为零”，则2x+（-2）×3=0，解得x=+3；Fe2O3中铁、氧元素的质量比为（56×2）：（16×3）=7:3。 （3）二氧化硫排放到空气中会形成酸雨。 （4）结合化学式可知，孔雀石中含有铜、氢、碳、氧四种元素。 题型02 古代炼铁工艺 中国古代炼铁工艺始于春秋战国时期，主要将铁矿石与木炭混合，在较低温度（约800-1000℃）的竖炉中还原，得到熟铁，需反复锻打去除杂质。生铁冶炼则利用更高温度（1150-1300℃）的竖炉，使铁充分渗碳熔化，直接浇铸成器。明代《天工开物》详细记载了炼铁炉构造、鼓风技术及矿料配比。 【典例2】我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535 ℃。 根据图文回答下列问题。 （1）常见的铁矿石有赤铁矿和 （写一种）。 （2）炼铁炉中生成铁的化学方程式为 。 （3）撒入潮泥灰主要作用是 。 【答案】 （1）磁铁矿（合理即可） （2） （3）将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去 【详解】 （1）常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿等； （2）炼铁炉中生成铁的反应为一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：； （3）潮泥灰主要成分是石灰石，炼铁过程中石灰石的主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。 【变式2-1】明代科学著作《天工开物》描述了古代炼铁的方法：“或用木炭，扇炉风箱，土（铁矿石）化成铁”。下列有关说法正确的是 A．赤铁矿石的主要成分是 Fe3O4 B．炼铁得到的是生铁 C．炼铁的反应属于复分解反应 D．木炭在炼铁的过程中只提供热量 【答案】B 【详解】A、赤铁矿石的主要成分是氧化铁，化学式为：Fe2O3，故选项说法错误； B、古代炼铁通过高温还原铁矿石，最终得到含碳量较高（约2%-4.3%）的生铁，故选项说法正确； C、炼铁的原理是氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，该反应不属于复分解反应，故选项说法错误； D、木炭不仅提供热量，还会生成CO（一氧化碳）作为还原剂参与反应，故选项说法错误。 故选：B。 【变式2-2】古籍中蕴含许多化学知识。 （1）王希孟的巨作《千里江山图》中的颜料都是来自天然矿石，其中的4种矿石及其主要成分如图： ①下列说法中，不合理的是 （填字母序号）。 A．孔雀石制作的颜料耐酸耐碱    B．朱砂中的汞元素属于人体的有害元素 C．赭石可以溶解在水中    D．绿松石主要成分含6种元素 ②Cu2(OH)2CO3中氢原子与氧原子的个数比为： 。 （2）我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。 查阅资料：Ⅰ.潮泥灰主要成分是石灰石。Ⅱ.铁的熔点是。 根据图文回答下列问题。 ①风箱不断鼓入空气的作用是 。 ②不断翻炒液态生铁，是为了降低 元素的含量。 ③铁矿石中的Fe2O3和煤反应得到铁，化学方程式为： 。 【答案】 （1）ACD 2：5 （2）提高炉温 碳 【详解】 （1）①A.孔雀石可与酸发生反应，不能制作耐酸的颜料，故错误；B.汞属于重金属，有毒，因此朱砂中的汞元素属于人体的有害元素，故正确；C.氧化铁不溶于水，也不与水反应，因此赭石（主要成分为氧化铁）不能溶解在水中，故错误；D.绿松石中含有铜、铝、磷、氧、氢五种元素，故错误；故选：ACD； ②Cu2（OH）2CO3中氢原子与氧原子的个数比为：2：（2+3）=2：5； （2）①风箱不断鼓入空气的作用是使碳与氧气充分反应，反应放出大量的热，以此来提高炉温；②生铁与钢的含碳量不同，生铁中含碳量高，不断翻炒液态生铁，使碳与氧气反应生成二氧化碳，降低了碳元素的含量；③高温下，一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为。 题型03 实验室模拟炼铁 装置图 实验现象 红棕色粉末逐渐变为黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。 实验注意事项 先通入一氧化碳，排尽装置内的空气，然后再点燃酒精喷灯，防止一氧化碳与空气混合加热时发生爆炸；实验完毕后要先撤酒精喷灯，继续通入一氧化碳，直到玻璃管冷却，防止高温的铁与空气接触，被再次氧化；同时可防止液体倒吸，炸裂试管。尾气中含有有毒的一氧化碳，可以用收集或点燃的方法处理，以防污染大气。 【典例3】实验室用如图装置模拟炼铁，下列说法正确的是 A．磁铁矿的主要成分是Fe2O3 B．上图反应原理： C．两图中得到的铁产品是不完全相同的 D．图1停止加热后继续通入CO，主要是防止石灰水倒吸 【答案】C 【详解】A．磁铁矿的主要成分是Fe3O4，选项A不正确； B．上图反应原理是一氧化碳与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：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，选项B不正确； C．图1是一氧化碳还原氧化铁，能得到纯铁。图2是高炉练铁，得到的是生铁，属于混合物。两种方法得到的铁产品是不完全相同的，选项C正确； D．停止加热后继续通入CO，直至玻璃管冷却，以防止生成的铁再次被氧化，同时能防止乙中液体倒吸，选项D不正确。 故选C。 【变式3-1】如图是模拟工业炼铁的实验。 （1）澄清石灰水可用来检验反应后生成的气体，原理为 （用化学方程式表示）。 （2）在装置中先通CO气体的作用是 。 （3）工业上冶炼铁时需要加入石灰石，石灰石（主要成分为CaCO3）在高温下可将铁矿石中的SiO2转变为炉渣（CaSiO3），同时生成一种氧化物，反应过程中化合价不变。该反应的化学方程式为 。高炉中焦炭的作用是① ；② 。 （4）常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿等，其中磁铁矿主要成分的化学式为 ；矿石入炉前进行粉碎，目的是 。 【答案】 （1）CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O （2）排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸 （3）CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑ 提高温度 生成一氧化碳 （4）Fe3O4 增大反应物的接触面积，加快反应速率 【详解】 （1）澄清石灰水用于检验二氧化碳，反应原理是二氧化碳与氢氧化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和水，化学方程式为：CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O； （2）CO是可燃性气体，若与空气混合后加热可能爆炸；实验前先通CO气体，目的是排出装置内的空气，防止加热时发生爆炸，确保实验安全； （3） 石灰石（CaCO₃）与SiO2高温反应生成CaSiO3和CO2（氧化物），反应式为：CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；反应中所有元素的化合价均未变化； 焦炭在高炉中的作用：①燃烧释放热量，提高温度；②与CO2反应生成CO，CO作为还原剂还原铁矿石； （4） 磁铁矿的主要成分是四氧化三铁（Fe3O4）； 矿石粉碎后，表面积增大，与还原剂接触更充分，从而加快反应速率。 【变式3-2】某化学兴趣小组的同学利用如图装置模拟工业炼铁。 （1）实验时装置A中的现象是 。 （2）B中发生反应的化学方程式为 。 （3）实验过程中，CO的作用有 （填序号）。 A．CO气体作为反应物 B．实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸 C．停止加热后，防止玻璃管中的生成物在较高温度下重新被氧化 D．停止加热后，防止试管中的液体倒吸入玻璃管中 【答案】 （1） 红棕色固体变成黑色 （2） CO2+Ca（OH）2＝CaCO3↓+H2O （3） ABCD 【详解】 （1）实验时装置A中发生的是一氧化碳与氧化铁高温生成铁和二氧化碳的反应，现象是红棕色固体变成黑色。 （2）B中发生的是二氧化碳与氢氧化钙生成碳酸钙和水的反应，方程式为CO2+Ca（OH）2＝CaCO3↓+H2O。 （3）A、实验中CO气体为还原剂，作为反应物，A正确；B、CO具有可燃性，实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，B正确；C、停止加热后，CO可防止玻璃管中的生成物在较高温度下重新被氧化，C正确；D、停止加热后，装置内压强因温度降低而减小，CO可防止试管中的液体倒吸入玻璃管中，D正确。故选：ABCD。 【变式3-3】兴趣小组开展了与钢铁相关的探究活动。 Ⅰ.模拟炼铁（实验装置如图所示）。 （1）玻璃管中发生的化学反应方程式为 。 （2）为检验尾气中含有二氧化碳，乙装置中的试剂X是 （填名称）。 （3）图丙装置的作用是 。 Ⅱ.探究：加热一段时间后玻璃管中生成的黑色固体是什么？ 【查阅资料】①CO与Fe2O3反应的固体生成物与温度的关系如表： 温度 400~500℃ 600~680℃ 700~800℃ 生成物 Fe3O4 FeO Fe ②FeO为一种黑色固体，Fe3O4和Fe都能被磁铁吸引，Fe2O3和FeO不能被磁铁吸引。 ③CuSO4溶液不与铁的氧化物反应。 【作出猜想】 猜想Ⅰ：固体成分为Fe； 猜想Ⅱ：固体成分为Fe3O4； 猜想Ⅲ：固体成分为FeO。 【实验探究】 （4）完成下列实验报告 实验步骤 现象 结论 ①玻璃管冷却后，将固体倒出，用磁铁吸引 固体全部被吸引 猜想 不正确 ②向样品中加入足量CuSO4溶液，充分反应。 猜想Ⅰ正确 （5）工业上冶炼铁的过程中，为了提高铁的产率，温度应不低于 ℃。 【答案】 （1） （2）澄清的石灰水 （3）点燃一氧化碳，防止污染空气 （4） Ⅲ 溶液由蓝色变成浅绿色，有红色固体析出 （5）700 【详解】 （1）玻璃管中发生的反应是一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：。 （2）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，常用澄清的石灰水检验二氧化碳，则乙装置中的试剂X是澄清的石灰水。 （3）一氧化碳有毒，会污染空气，且一氧化碳难溶于水，在图丙装置中点燃一氧化碳，故图丙装置的作用是点燃一氧化碳，防止污染空气。 （4）①玻璃管冷却后，将固体倒出，用磁铁吸引；Fe3O4和Fe能被磁铁吸引，Fe2O3和FeO不能被磁铁吸引，固体全部被吸引，故固体不可能是FeO，故猜想Ⅲ不正确。 ②根据结论猜想I正确，固体成分为铁，铁能与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，向样品中加入足量CuSO4溶液，可观察到溶液由蓝色变成浅绿色，有红色固体析出，说明固体为铁，则猜想I正确。 （5）由题干信息可知，温度在700~800°时，一氧化碳与氧化铁反应生成铁，故为了提高铁的产率，温度应不低于700℃。 题型04 工业炼铁 原料 铁矿石、焦炭、石灰石、空气等 原理 将铁矿石、焦炭、石灰石按一定比例加入高炉中，从高炉下方通入热空气，焦炭燃烧，生成的CO2与焦炭在高温下反应生成CO，CO跟Fe2O3在高温下反应生成Fe。 设备 高炉 主要反应 产品 生铁 【典例4】为了减少工业炼铁中CO、CO2的排放，小苏同学基于碳中和理念设计了一个低碳行动方案，方案流程如图所示，下列分析不正确的是 A．该方案可以实现CaCO3、CO的部分或全部循环利用 B．高炉气体中的二氧化碳排放到空气中会加剧温室效应 C．工业炼铁得到的是生铁，仍然有杂质 D．赤铁矿的主要成分是四氧化三铁 【答案】D 【详解】A、由流程图可知，碳酸钙和一氧化碳既是反应物，又是生成物，能循环利用，可以实现CaCO3、CO的部分或全部循环利用，故选项说法正确； B、二氧化碳是一种主要的温室气体，高炉气体中的二氧化碳排放会加剧温室效应，故选项说法正确； C、工业炼铁过程中得到的产品是生铁，其中含有硅、磷、硫等杂质，需要通过进一步处理来去除，故选项说法正确； D、赤铁矿的主要成分是氧化铁，磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，故选项说法不正确。 故选D。 【变式4-1】如图是工业炼铁示意图。下列说法中不正确的是 A．赤铁矿的主要成分为Fe2O3 B．石灰石的作用是形成炉渣 C．焦炭的作用只是提供热量 D．高炉烟气对空气造成污染 【答案】C 【详解】A、赤铁矿的主要成分为氧化铁，化学式为Fe2O3，故正确； B、高炉炼铁时，加入石灰石的作用是把矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去，故正确； C、高炉炼铁中原料焦炭燃烧生成二氧化碳，该反应放热，可提供热量，另外碳和二氧化碳高温下反应可生成一氧化碳，还可以生成还原剂一氧化碳，故错误； D、高炉烟气中的废气若不处理直接排放，会污染空气，故正确； 故选C。 【变式4-2】竖炉炼铁的工艺流程示意图如下所示，请回答下列问题。 （1）赤铁矿属于 （选填“纯净物”或“混合物”），其主要成分是 。 （2）粉碎机将矿石粉碎的目的是 。 （3）请任写一个还原反应室中发生的反应 。 （4）在催化反应室中，高温尾气中的二氧化碳和天然气发生反应生成合成气，请写出该反应的化学方程式 。 【答案】 （1）混合物 Fe2O3 （2）增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分 （3）/ （4） 【详解】 （1）赤铁矿含有多种物质，是混合物，主要成分是氧化铁（Fe2O3）。 （2）粉碎矿石可增大反应物接触面积，使反应更充分、速率更快。 （3）还原反应室中，一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，即，氢气还原氧化铁生成铁和水，即。 （4）天然气主要成分甲烷（CH4）与二氧化碳在高温、催化剂条件下反应生成合成气（CO和H2），化学方程式为。 【变式4-3】（2025·江苏苏州·模拟预测）铁的广泛应用对工业革命的兴起和发展越到了关键作用，其冶炼过程是化学学习与研究的重要课题。 I．高炉炼铁 工业上常用赤铁矿石（主要成分为Fe2O3）冶炼生铁，高炉炼铁的设备结构如图1所示。 （1）炼铁的主要原理为 （用化学方程式表示）。 （2）加入石灰石的目的是将铁矿石中的少量SiO2在高温条件下转化为炉渣（CaSiO3）除去，过程中还生成了二氧化碳，该反应的化学方程式为 。 经过上述过程高炉底部得到液态形式的铁水及固体炉渣，通过不同高度的出口分离铁水与炉。 （3）能实现渣铁分离说明炉渣具有的性质是 （任写一条）。 （4）该过程运用的物质分离的一般思路与方法是___________（将序号排序）。 A．分析混合物成分 B．找到分离方法 C．寻找成分性质差异 Ⅱ．高炉尾气处理 高炉炼铁尾气中含有少量H2S等含硫气体，经燃烧后以SO2形式进入大气造成污染，处理H2S的过程包含两个阶段，反应阶段：2H2S+3O2SO2+2H2O，催化阶段：2H2S+SO23S+2H2O。 （5）反应阶段中硫元素的化合价在反应后 （填“升高”或“降低”）。 （6）活性Al2O3可作为催化阶段的催化剂、其活性会随温度的改变而发生改变，测得H2S的转化率随温度的变化曲线如图2所示。当温度高于t2℃时，H2S的办转化率迅速下降的原因可能是 。 Ⅲ．氢能炼铁替代高炉炼铁 同学们了解到可以利用氢气代替焦炭作为原料炼铁，如图3，分析该过程。 （7）从下部喷吹氢气，上部加入铁矿石的目的是 。 （8）某工艺每生成1吨铁水时，喷吹氢气的量与氢气利用率的关系如图4所示，可得出的结论是 。 （9）在某工艺下，氢气炼铁能得到海绵铁（多孔状的块状固体物质），可用于除去工业废水中的重金属离子。海绵铁能用于废水处理的原因是 。 【答案】 （1） （2） （3）炉渣的熔点比生铁高 （4）ACB （5）升高 （6）温度过高，活性Al2O3催化剂的活性逐渐降低 （7）使氢气与铁矿石充分接触，使反应更充分 （8）在研究范围内，随着喷吹氢气的量增大，氢气利用率逐渐降低 （9）海绵铁为多孔状固体，吸附性好 【详解】 （1）工业炼铁的主要原理是一氧化碳还原赤铁矿石（主要成分为Fe2O3），反应方程式需配平，化学方程式为： （2）石灰石（CaCO3）与SiO2在高温条件下生成CaSiO3和CO2，反应方程式为： （3）高炉炼铁过程中高炉底部得到液态形式的铁水及固体炉渣，通过不同高度的出口分离铁水与炉，可以得出炉渣的熔点比生铁高的性质。 （4）物质分离的一般思路是：分析混合物成分；寻找成分性质差异；找到分离方法，因此顺序为ACB。 （5）反应阶段中，反应前H2S中硫元素的化合价为-2价，反应后SO2中硫元素的化合价为+4价，所以硫元素的化合价在反应后升高。 （6）活性Al2O3可作为催化阶段的催化剂、其活性会随温度的改变而发生改变，当温度高于t2℃时，H2S的转化率迅速下降的原因可能是温度过高，活性Al2O3催化剂的活性逐渐降低。 （7）下部喷吹氢气，上部加入铁矿石是为了使氢气与铁矿石充分接触，使反应更充分。 （8）通过分析喷吹氢气的量与氢气利用率的关系图可知随着喷吹氢气的量增大，氢气利用率逐渐降低。 （9）海绵铁为多孔状块状固体，吸附性好，能用于废水处理。 题型05 工业炼铁中的产率计算 涉及不纯物的化学方程式计算（代入计算的一定是纯净物质量，如不纯物需要转换成纯净物质量）。如铁矿石、生铁等都属于混合物，计算时需要处理成纯净物才能计算。 【典例5】某钢铁厂采用赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）冶炼生铁，其每天需消耗赤铁矿石的相关数据如表所示： 项目 数据 每日消耗赤铁矿石质量（t） 2000 赤铁矿石中Fe2O3的质量分数 80% 生铁中杂质含量 4% 请根据以上数据，计算该厂理论上可日产含杂质4%的生铁多少吨？（保留小数点后一位） 【答案】已知每日消耗赤铁矿石质量为2000t，赤铁矿石中Fe2O3的质量分数为80%，则Fe2O3的质量=2000t×80%=1600t。 设理论上可炼出含杂质4%的生铁的质量为x。 解得x≈1166.7t。 答：该厂理论上可日产含杂质4%的生铁1166.7吨。 【变式5-1】工业上可利用的反应来冶炼铁。现用100t含46.4%四氧化三铁的某铁矿石冶炼金属铁。请计算： （1）该铁矿石中含四氧化三铁的质量是 。 （2）理论上可炼出含铁96%的生铁的质量是多少 ？（写出计算过程） 【答案】 （1）46.4t （2）解：设理论上可炼出含铁的生铁的质量是x。 答：理论上可炼出含铁的生铁的质量是。 【详解】 （1）该铁矿石中含四氧化三铁的质量是； （2）解：设理论上可炼出含铁的生铁的质量是x 答：理论上可炼出含铁的生铁的质量是。 【变式5-2】磁铁矿石（主要成分为Fe3O4）是常用的炼铁原料，工业上可通过CO在高温的条件下将Fe3O4转化为Fe。 （1） Fe3O4中铁、氧的微观粒子数目之比为 ； （2）假设炼铁过程中铁没有损耗，用含348吨Fe3O4的磁铁矿石理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少？（用化学方程式计算，并写出计算过程） 【答案】 （1）3:4 （2）设理论上可以炼出铁的质量为x。因为生铁含铁96%，所以含杂质的生铁质量为252 吨÷96%=262.5 吨。 【变式5-3】Fe3O4是合成氨催化剂的主要成分，合成氨催化过程中部分Fe3O4与H2反应会使催化剂“失效”，在一定温度下可用O2将催化剂“再生”，原理如图1。 （1） FeO中铁元素的化合价是 ，铁元素、氧元素的质量比是 。 （2）通入O2加热，将43.2FeO进行再生，固体质量与温度变化的关系如图2。已知，t1℃~t2℃时，FeO转化为Fe3O4t3℃~t4℃时，Fe3O4转化为Fe2O3。 ⅰ.合成氨催化剂“再生”的最佳温度范围为 。 ⅱ.若将t4℃时得到的Fe2O3与一氧化碳反应制备含铁80%的生铁，理论上可得到生铁的质量是多少 。（写出计算过程） 【答案】 （1）+2 7：2 （2）t2~t3℃ 根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类和质量不变，t4℃时得到的中铁元素的质量与43.2gFeO中铁元素的质量相等，则铁元素的质量为：，最后得到的生铁中铁元素的质量与t4℃时得到的中铁元素的质量相等，则理论上可得到生铁的质量是： 答：理论上可得到生铁的质量是42g。 【详解】 （1）FeO中氧元素显-2价，设铁元素的化合价为x，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：，x=+2； FeO中Fe、O元素的质量比为：56：16=7：2； （2）ⅰ.已知，t1~t2℃时，FeO转化为t3~t4℃时，转化为，t2~t3℃时生成的物质是四氧化三铁，且该阶段其质量不再变化，是合成氨催化剂的主要成分，则合成氨催化剂“再生”的最佳温度范围为t2~t3℃； ⅱ.见答案。 题型06 传统文化中的金属冶炼 中国古代金属冶炼技术源远流长，青铜冶炼始于夏商时期，采用铜锡铅合金配方，创造出司母戊鼎等精美礼器。战国时期铁器冶炼突破发展，形成块炼铁与生铁冶炼并行的技术体系，汉代炒钢法和南北朝灌钢法的发明使钢铁质量显著提升。金银冶炼方面，先秦时期已掌握"灰吹法"提纯白银，唐代发展出"火法炼金"工艺。锌的冶炼技术尤为突出，明代《天工开物》记载的"升炼倭铅"法是世界最早的蒸馏法炼锌记录。这些冶炼成就不仅体现在《考工记》等典籍记载中，更通过越王勾践剑等出土文物得到实证，展现了古人对金属配比、淬火工艺的精准掌握，为农业生产、军事装备和社会发展提供了重要物质基础，成为中华文明科技成就的重要标志。 【典例6】我国是世界上锌冶炼最早的国家。明代宋应星所著的《天工开物》中有关“火法”炼锌的工艺记载是：“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。”此工艺过程分解模拟如图。（已知：的冶炼温度为904℃，的沸点为906℃。）请结合图文信息，分析思考，解决问题： （1）装入原料器之前，将炉甘石敲碎的目的是 。 （2）高温炉内，碳酸锌（）在高温条件下与煤的主要成分发生反应生成和，反应的化学方程式为 。 （3）我国古代冶锌晚于铁和铜，结合已知信息，分析说明其中的原因是 。 【答案】 （1）增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分（合理即可） （2） （3）的冶炼温度与的沸点较近，易挥发且不易收取/的化学性质活泼，易被氧化（合理即可） 【详解】 （1）装入原料器之前，将炉甘石敲碎的目的是增大炉甘石和煤的接触面积，使反应更快、更充分； （2）高温下，碳酸锌（）在高温条件下与煤中的碳发生反应生成和，反应的化学方程式为：； （3）根据题文可知，的冶炼温度与的沸点较近，易挥发且不易收取或锌的化学性质比较活泼，易被空气中的氧气氧化，所以我国古代冶锌晚于铁和铜。 【变式6-1】《天工开物》是我国古代一部综合性的科技巨著，被誉为是“中国17世纪的工艺百科全书”。详细记载了我国古代炼铁和锌的冶炼方法。 （1）锌的冶炼方法∶将炉甘石（主要成分为ZnCO3）与煤炭饼混合后装入炼锌罐，罐口用泥密封（杂质不参与反应），[提示∶ZnCO3受热分解可生成ZnO等]。 （1）流程中“粉碎”属于 变化。（填“物理”还是“化学”） 。 （2）将矿石粉碎的目的是：增大接触面积，使反应更充分，并 。 （3）炉甘石与煤炭饼混合后高温，写出其中置换反应的化学方程式 。 【答案】 （1） 物理 （2）增大反应速率 （3） 【详解】 （1）流程中“粉碎”只是形状的变化，没有新物质生成，属于物理变化。 （2）将矿石粉碎的目的是增大接触面积，使反应更充分，并增大反应速率。 （3）置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，结合题中所给提示可知，高温条件下炉甘石（主要成分为ZnCO3）与煤炭饼混合，碳酸锌在高温条件下先发生分解反应产生氧化锌和二氧化碳，然后碳与氧化锌在高温条件下发生置换反应生成锌和二氧化碳，则置换反应的化学方程式为。 【变式6-2】《天工开物》中记载了采矿和冶炼金属锡的场景。 （1）采矿（图1）：“水锡……其质黑色……愈经淘取。”水中淘取锡砂（指锡矿石）时，所用容器的孔径需 （填“大于”或“小于”）锡砂颗粒大小。锡砂的主要成分为 SnO2，SnO2 （填“易”或“难”）溶于水。 （2）冶炼（图2）：“SnO2凡煎炼亦用洪炉，入砂数百斤，丛架木炭亦数百斤，鼓鞴（指鼓入空气）熔化。” ①鼓入足量空气能使木炭 ，从而提高炉温； ②炼锡时，关键的一步操作为“点铅勾锡”，即加铅能使锡较易熔化流出，其原因是 ； （3）使用： ①锡往往与其他金属制成合金使用，目的是 （填“增大”或“减小”）硬度； ②古代锡器常用来饮酒喝茶，很少装酸性物质，原因是 。 【答案】 （1）小于 难 （2）充分燃烧 形成合金，熔点降低 （3）增大 在金属活动性顺序中，锡排在氢前面，能与酸性物质反应 【详解】 （1）水中淘取锡砂（指锡矿石）时，所用容器的孔径需小于锡砂颗粒大小，这样锡砂才能留在容器内； 可用水淘洗锡砂，说明二氧化锡难溶于水； （2）①鼓入足量空气，提供充足的氧气，可使木炭充分燃烧，从而提高炉温；②合金比组成它的纯金属熔点低，炼锡时，关键的一步操作为“点铅勾锡”，即加铅能使锡较易熔化流出，其原因是形成合金，熔点降低； （3）①合金比组成它的纯金属硬度大，锡往往与其他金属制成合金使用，目的是增大硬度；②古代锡器常用来饮酒喝茶，很少装酸性物质，原因是在金属活动性顺序中，锡排在氢前面，能与酸性物质反应。 【变式6-3】黄铜（锌和铜的合金）在古代应用非常广泛，古人用炉甘石（主要成分ZnCO3），赤铜（主要成分Cu2O）和木炭制备黄铜，其中一种流程如下： （1）Cu2O中铜元素的化合价为 。 （2）黄铜的熔点比铜和锌都 （填“高”或“低”）。 （3）反应Ⅱ中赤铜与木炭反应生成铜和二氧化碳，请写出此反应的化学方程式 。 （4）实验室现有锌片和铜片，小南同学要验证锌、铜的金属活动性强弱，小南可再选用 （填化学式，任填1种）溶液来达到实验目的。 【答案】 （1）+1 （2）低 （3） （4）、或（任写一种，其他答案合理均可） 【详解】 （1）在化合物中，氧元素通常显-2价。设赤铜（）中铜元素的化合价为x，根据化合物中正负化合价代数和为零，可得2x+（-2）=0，解得x=+1； （2）合金的熔点比组成它的纯金属低；黄铜的熔点比铜和锌都低。 （3）赤铜（）与木炭在1100℃-1300℃的条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为：。 （4）比较锌和铜的金属活动性顺序，可以用稀盐酸，锌能与稀盐酸反应，锌表面有气泡，铜不与稀盐酸反应；可以用硫酸铜溶液，锌能与硫酸铜溶液反应，锌表面有红色物质出现；可以用硫酸锌溶液，铜不与硫酸锌溶液反应；故填：、或（任写一种，其他答案合理均可）。 题型07 铜的冶炼方法 中国古代铜冶炼技术可追溯至新石器时代晚期，早期采用氧化铜矿直接还原法，将孔雀石等矿石与木炭混合在陶制坩埚中加热至800℃左右获得纯铜。商周时期发展出成熟的青铜合金技术，通过控制铜锡铅比例（《考工记》记载"六齐"配方）铸造礼器与兵器，采用多块陶范组合铸造工艺，安阳殷墟出土的司母戊鼎重达832公斤，展现了高超的熔铸水平。冶炼设备从地炉逐步演化为竖炉，汉代出现以水排鼓风提高炉温的技术，《淮南万毕术》记载"曾青得铁则化为铜"的胆水炼铜法，宋代大规模应用于生产。火法冶炼包括选矿、焙烧、熔炼、精炼等工序，明代《天工开物》详细记录了用铅提纯银铜共生矿的"灰吹法"。这些技术成就推动了中国青铜文明的辉煌发展。 【典例7】（25-26九年级上·江苏无锡·期中）铜是人类较早冶炼的金属，化学小组对古法炼铜和现代炼铜开展研究。 I.古法炼铜（如图1），以孔雀石和木炭为原料，经高温煅烧、冷却得到块状金属铜。 查阅资料：①孔雀石的主要成分为碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]； ②木炭在高温下会与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。 ③铜的熔点为1083.4℃，氧气充足时炭火的温度可达1200℃左右。 （1）试写出碱式碳酸铜中铜元素的化合价 。 （2）碱式碳酸铜受热会分解为三种氧化物，写出该反应的符号表达式 。 （3）球形容器封盖后保留细小通气孔的目的是 。 （4）此法冶炼产物是铜块而不是散落在木炭中的铜颗粒，原因是 。 Ⅱ.现代炼铜。现代工业常用黄铜矿火法炼铜的部分流程（如图2）。 （5）精炼时，竖炉内部进气管常设计成环形（如图3），该设计的优点是 。 【答案】 （1）+2 （2） （3）防止容器内因气体增加压强增大，容器炸裂 （4）炭火的温度高于铜的熔点，铜熔化成液体，冷却后凝固成块状 （5）增大反应物接触面积，使反应快速充分 【详解】 （1）在碱式碳酸铜中，显-1价，显-2价，设铜元素的化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，可得：，解得x =+2，所以铜元素的化合价为+2 ； （2）碱式碳酸铜受热分解为氧化铜、水和二氧化碳三种氧化物，反应的符号表达式为：； （3）在高温条件下，木炭和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，该反应有气体生成，在球形容器封盖后保留细小通气孔可防止容器内因气体增多、压强增大而炸裂，故填：防止容器内因气体增加压强增大，容器炸裂； （4）根据查阅资料③中铜的熔点1083.4℃，氧气充足时炭火温度可达1200℃左右，可知煅烧的温度高于铜的熔点，反应过程中铜熔化成液体，冷却至室温后凝固成块状，故此法冶炼产物是铜块而不是散落在炭粉中的铜颗粒，故填：炭火的温度高于铜的熔点，铜熔化成液体，冷却后凝固成块状； （5）该环形装置可将CO气体分散成多个气流，使一氧化碳和粗铜充分接触，使反应更充分，故填：增大反应物接触面积，使反应快速充分。 【变式7-1】铜是人类使用最早的金属，铜及铜的化合物在生产、生活中应用广泛。 I.对铜制品的认识 （1）深埋于地下的古代青铜器能保存至今的原因除了铜的金属活动性弱、不易生锈外，从金属制品锈蚀的条件分析还可能是 。 （2）《吕氏春秋·别类篇》载有“金柔锡柔，合两柔则刚”，表明我们的祖先已认识到铜锡合金与纯铜的 不同。 （3）取导线内的铜，加入硝酸银溶液，发现铜表面有灰黑色固体析出，说明铜比银要 （填“活泼”或“稳定”）。 II.硫酸铜制取及应用 方案一： 方案二：将废铜屑倒入稀硫酸中，控温80℃并通入氧气制备硫酸铜。 （4）如图是方案二实验室模拟工业制备硫酸铜的装置。反应的化学方程式为 。 （5）从绿色化学的观点出发，上述两个方案中，你认为比较合理的是 （填“方案一”或“方案二”）。 （6）切割钢板时，通常利用硫酸铜溶液在钢板上先画出红线，该反应的化学方程式为 。 【答案】 （1）深埋于地下，隔绝空气 （2）硬度 （3）活泼 （4） （5）方案二 （6） 【详解】 （1）古代青铜器能保存至今的原因除了铜的金属活动性弱、不易生锈外，还可能是深埋于地下，隔绝空气； （2）“金柔锡柔，合两柔则刚”，说明铜锡合金与纯铜的硬度不同； （3）取导线内的铜，加入硝酸银溶液，发现铜表面有灰黑色固体析出，说明铜能与硝酸银反应，即铜比银要活泼； （4）铜与稀硫酸、氧气在80℃时反应生成硫酸铜和水，化学方程式为； （5）从绿色化学的观点出发，上述两个方案中，方案二比较合理，是因为方案二中没有二氧化硫生成，比较环保； （6）硫酸铜与钢板中的铁反应生成铜和硫酸亚铁，化学方程式为； 【变式7-2】铜箔在新能源汽车电池制造等领域有重要应用。一种制造铜箔工艺的主要工序如图1所示。 （1）“溶铜”前，粉碎处理铜原料的目的是 。 （2）“溶铜”中，存在Cu与生成CuO的反应，该反应属于 （填基本反应类型）。操作1的目的是除去难溶性固体杂质，该操作名称为 。 （3）“制箔”中，发生反应的化学方程式：，X的化学式为 。 （4）“制箔”需生产抗拉强度大于355MPa且延伸率大于13.5%的铜箔，据图可知，温度应控制在 内（填字母）。 a．    b．    c．    d． 【答案】 （1）增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分 （2） 化合反应 过滤 （3）H2SO4 （4）c 【详解】 （1）溶铜”前，将铜原料粉碎能增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分，反应更快； （2）Cu与O2生成CuO，反应符合多变一，属于化合反应； “操作1”的目的是除去难溶性固体杂质，则该操作实现了固液分离，名称为过滤； （3）根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和数目不变，反应物中含Cu、S、O、H的个数分别是2、2、10、4，生成物中含Cu、S、O、H的个数分别是2、0、2、0，故生成物中还应含2个S、8个O、4个H，故X的化学式为：H2SO4； （4）由图可知，“制箔”中，需生产抗拉强度大于355MPa且延伸率大于13.5%的铜箔，需要温度控制在53~55℃ 。 故选：c。 题型08 金属冶炼的流程分析 金属冶炼流程主要包括铁、铜、铝三种典型金属的提取方法。铁的冶炼采用高炉法，将铁矿石（赤铁矿或磁铁矿）、焦炭和石灰石加入高炉，焦炭燃烧产生高温和一氧化碳使铁氧化物还原，石灰石作为熔剂去除杂质形成炉渣，最终得到生铁。铜的冶炼分火法和湿法两种，火法冶炼先将硫化铜矿焙烧成氧化铜，再与焦炭在反射炉中还原为粗铜；湿法冶炼则用硫酸浸泡氧化铜矿得到硫酸铜溶液，通过置换反应提取铜。铝的冶炼采用电解法，将氧化铝溶解在熔融的冰晶石中，通直流电分解得到金属铝。这些流程都涉及矿石预处理、还原反应和金属提纯三个关键环节，体现了利用化学反应从矿物中提取金属的科学原理。 【典例8】锌精矿主要成分是ZnS。火法炼锌的一般工艺流程如图所示。 （1）从设备1中放出的炉气排放前应 。 （2）为了加快设备2中化学反应速率，应对焦炭进行的操作是 。该设备中发生反应的化学方程式是 。 （3）设备3中锌蒸汽变为固体锌的微观实质是 。 （4）设备4中可以利用锌与杂质沸点不同将锌与杂质分离，请另举一例用沸点不同将混合物分离 。 【答案】 （1）脱硫处理达标 （2）进行粉碎 （3）锌原子之间的间距变小 （4）石油的分馏（其他合理答案均可） 【详解】 （1）设备1是锌精矿的主要成分ZnS与空气中的氧气反应生成氧化锌和二氧化硫，二氧化硫污染空气，所以排放前应先进行炉气脱硫处理，处理达标后再排放，故填：脱硫处理达标； （2）为了加快设备2中化学反应速率，应将焦炭先进行粉碎，增大焦炭与氧化锌的接触面积，故填：进行粉碎；设备2中反应物为ZnO和C，生成物为锌蒸气和CO，反应条件为高温，发生反应的化学方程式是：； （3）设备3中锌蒸汽在冷却过程中，随着温度降低，锌原子之间的间距变小，故填：锌原子之间的间距变小； （4）设备4中利用锌与杂质沸点不同将锌与杂质分离。利用沸点不同分离混合物的方法称为蒸馏。常见的例子包括石油的分馏，通过控制不同的温度，将石油中的不同组分（如汽油、柴油、重油等）分离出来。故填：石油的分馏（或其他合理答案）。 【变式8-1】我国是最早冶炼锌的国家。用锌精矿（主要成分是ZnS）火法炼锌的工艺流程如图所示。 结合图文信息，分析思考，解决问题： （1）还原炉中，焦炭进入还原炉前需粉碎处理，这样做的目的是 。 （2）沸腾炉中，在高温条件下，锌精矿与氧气反应生成氧化锌和另一种有刺激性气味的气体： （填化学式）。 （3）冷凝器中发生 （选填“化学”或“物理”）变化。 【答案】 （1）增大接触面积，加快还原炉内反应 （2）SO2 （3）物理 【详解】 （1）还原炉中，焦炭进入还原炉前需粉碎处理，这样做的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率； （2）根据质量守恒定律可知，沸腾炉中，锌精矿中的硫化锌与氧气反应生成氧化锌和有刺激性气味的气体二氧化硫，二氧化硫的化学式为：SO2； （3）冷凝器中，只是物质的状态发生变化，没有生成新物质，属于物理变化。 【变式8-2】中国航天工业飞速发展，金属钛常被用于航空航天工业。如图是以钛铁矿为主要原料冶炼金属钛的生产工艺流程： 已知：①钛铁矿主要成分为钛酸亚铁FeTiO3。 ②钛铁浸在浓硫酸中发生反应： （1）中钛元素的化合价为 。 （2）反应前需将钛铁矿粉碎，其目的是 。 （3）操作③过滤中的需要用到的玻璃仪器有 。 （4）溶液Ⅱ的主要溶质为，加热时和水发生反应，经过滤得到。已知X的溶质是一种初中化学常见的酸，写出该反应的化学方程式 。 （5）步骤④发生的反应为，此反应需要在Ar氛围下进行，其中Ar的作用是 。 【答案】 （1）+4 （2）增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分 （3）烧杯、漏斗、玻璃棒 （4） （5）防止高温下镁、钛被氧化 【详解】 （1）钛酸亚铁中铁元素显+2价，氧元素显-2价，设钛元素的化合价为x，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：，x=+4； （2）反应前需将钛铁矿粉碎，其目的是：增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分； （3）操作③过滤中的需要用到的玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒； （4）溶液Ⅱ的主要溶质为，加热时和水发生反应，经过滤得到和物质X，已知X的溶质是一种初中化学常见的酸，根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，反应物中含Ti、O、S、H，生成物中含H、Ti、O，生成物中还应含S，则X为硫酸，该反应的化学方程式为：； （5）镁、钛高温下能与氧气反应，氩气化学性质稳定，可作保护气，故氩气的作用是：防止高温下镁和钛被氧化。 【变式8-3】钛（）是被誉为继铁、铝之后，必将崛起的第三金属。金属钛是航海、医疗等不可或缺的材料，钛铁矿（主要成分FeTiO3）是工业上冶炼金属钛的主要原料，制备金属钛的一种工艺流程如图所示（部分产物略）。 【查阅资料】 ①钛硬度大、熔点高、常温下耐酸碱； ②的沸点为，沸点为。 （1）已知FeTiO3中元素的化合价为+4价，请标出FeTiO3中铁元素的化合价 。 （2）X为可燃性氧化物，其化学式为 。 （3）步骤②分离出的方法，是利用了与的 不同。 （4）步骤③的化学方程式为 。 （5）该流程中可以循环利用的物质是 。（答出一种即可） 【答案】 （1） （2）CO （3）沸点 （4） （5）/ 【详解】 （1）已知FeTiO3中元素的化合价为+4，氧元素的化合价为-2，设铁元素的化合价为x，根据化合物中正负化合价代数为0，则有x+ （+4）+ （-2）×3=0，得x=+2价；由化合价的表示方法，在该元素的上方用正负号和数字表示，正负号在前，数字在后，1不能省略，则中铁元素的化合价表示为，故填：； （2）若X为可燃性氧化物，根据质量守恒定律可知，钛铁矿、碳和氯气在高温的条件下反应生成一氧化碳、四氯化钛和氯化铁，则X的化学式为CO，故填：CO； （3）步骤②通过蒸馏分离出TiCl4的方法，是利用了TiCl4与FeCl3的沸点不同，故填：沸点； （4）由流程图可知，步骤③中四氯化钛和镁在高温条件下反应生成氯化镁和钛，反应的化学方程式为，故填：； （5）既能作反应物，又能作生成物的是可以循环利用的，分析流程可知，可以循环利用的物质是Mg、Cl2，故填：或。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $