9.1 常见的金属材料 第2课时（同步讲义）化学新教材鲁教版九年级下册

本初中化学讲义聚焦“炼铁的原理”核心知识点，系统梳理金属资源的存在形式（游离态与化合态）、还原反应概念，通过铜的冶炼引入，衔接实验室模拟炼铁（原理、步骤、现象）及工业炼铁流程（原料、设备、反应），构建从基础到应用的知识支架。 资料亮点在于实验设计详尽，涵盖装置、步骤及安全注意事项，培养科学探究与实践能力。工业炼铁结合生产实际，融入“碳冶金”到“氢冶金”的绿色转型，渗透科学态度与责任。练习题联系生活情境，助力课中教学与课后查漏补缺。

第九单元 金属 第一节常见的金属材料 第2课时 炼铁的原理 教学目标 1.了解金属资源的存在形式，认识常见的金属矿物； 2.理解还原反应的概念； 3.掌握工业炼铁的原理和方法。 重点和难点 实验室模拟铁的冶炼。 ◆知识点一 金属矿物 1．金属资源存在形式 存在 地壳和海洋中 存在形式 单质(少数很不活泼的金属，如金、银等) 化合物(金、银等以外的金属) 2.地壳中金属元素的含量 3．铜的冶炼及常见的铜矿石 铜是人类最早使用的金属之一。人们主要是通过用焦炭焙烧含有铜元素的矿石获得金属铜。 铜矿石 黄铜矿 孔雀石 辉铜矿 主要成分 CuFeS2 Cu2（OH）2CO3] Cu2S 4．还原反应 焙烧孔雀石时，其主要成分碱式碳酸铜受热会分解，生成氧化铜等产物。氧化铜能与木炭反应，生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为2CuO + C2Cu +CO2↑。在这个反应中，氧化铜中的氧被碳夺去，铜被还原出来。像这样，含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。 5.当今社会，在众多的金属材料中，铁、铝及其合金一直在人类生产生活中占据着主导地位，钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志。 即学即练 1．下列主要成分是的铁矿石是 A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．赤铜矿 D．铝土矿 【答案】A 【解析】A、赤铁矿的主要成分是； B、磁铁矿的主要成分是； C、赤铜矿的主要成分是； D、铝土矿的主要成分是。 故选A。 2．唐代文学家刘禹锡在《浪淘沙》中写道“美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来”。诗中描述的是一种在自然界中有单质形式存在的金属，该金属是 A．铝 B．铁 C．铜 D．金 【答案】D 【解析】诗句描述从沙中淘洗金属用于首饰和印章，金在自然界中以单质形式存在，化学性质稳定，常见于沙金中；铝、铁、铜在自然界中主要以化合物形式存在。 故选D。 ◆知识点二 铁的冶炼 实验仪器 硬质玻璃管、单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、铁架台、酒精灯、酒精喷灯、玻璃导管 实验试剂 一氧化碳、氧化铁、澄清石灰水。 实验原理 Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 。 实验装置 实验步骤 a.组装仪器，并检查装置的气密性。； b.装入药品，固定装置； c.点燃酒精灯，向玻璃管中通入一氧化碳； d.点燃酒精喷灯； e.反应完成后，熄灭酒精喷灯； f.硬质玻璃管冷却后，停止通入一氧化碳； g.熄灭酒精灯。 实验现象 与原理 （1） 玻璃管内：红棕色粉末逐渐变黑。反应的化学方程式： Fe2O3＋3CO 高温 2Fe＋3CO2 （2） 试管内：澄清石灰水变浑浊。反应的化学方程式： CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O （3） 酒精灯处：气体燃烧并产生蓝色火焰。反应的化学方程式： 2CO＋O2 点燃 2CO2 实验注意 1.装置尾部酒精灯的作用是：点燃尾气，防止污染空气。 2.实验开始时，要先通入CO，一段时间后再点燃酒精喷灯，目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。 3.实验结束，停止加热后，要继续通CO直至玻璃管冷却，或用弹簧夹夹紧玻璃管两端的胶皮管直至玻璃管冷却，才可以把固体倒到白纸上观察。不能把热的固体直接倒出来观察的原因是生成的铁在高温时会重新被氧化。 4.在CO还原Fe2O3的反应中，CO具有还原性，作还原剂。 5.实验结束，停止加热后，要继续通CO直至玻璃管冷却，同时防止石灰水发生倒吸现象。 6.若没有酒精喷灯也可用酒精灯代替，但需在火焰外加金属网罩，使火焰集中，提高温度。 计算思维辨析 固体木炭还原氧化铜，完全反应后固体减少量为生成的二氧化碳质量。用氢气和一氧化碳两种气体还原氧化铜时，则固体减少量是氧化铜中氧元素的质量。 2.工业炼铁 【原料】 铁矿石、焦炭、石灰石、空气等 【反应原理】 在高温的条件下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来 【主要设备】 【产品】生铁（混合物）。 【化学方程式】 以赤铁矿为原料，主要反应为：3CO+2Fe2O32Fe+3CO2 以磁铁矿为原料，主要反应为：4CO+Fe3O43Fe+4CO2 焦炭的作用：①提供热量：C+O2CO2 ②提供还原剂：C+CO2 2CO 炼铁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。 即学即练 1．如图为工业炼铁及炼钢的流程示意图，下列说法不正确的是 A．过程I焦炭的作用是提供热量 B．过程Ⅱ发生的化学反应为放热反应 C．过程Ⅲ炼铁原理为 D．过程IV通入氧气是为了降低生铁中的含碳量 【答案】B 【解析】A、过程I是焦炭与氧气反应生成二氧化碳，同时放出大量热，故说法正确； B、过程Ⅱ是焦炭和二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳，此反应为吸热反应，故说法错误； C、工业炼铁的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：，故说法正确； D、生铁和钢均为铁合金，但生铁的含碳量较高，碳燃烧生成二氧化碳，则通入氧气是为了降低生铁中碳元素的含量，故说法正确。 故选B。 2．钢铁是目前应用最广泛的金属。钢铁工业的发展状况是衡量一个国家工业化水平的重要标志。 （1）炼铁高炉进风口附近的反应，主要生成而不是的原因是 。 （2）不锈钢不易生锈，生铁容易生锈，二者性质不同的原因是 。 （3）新工艺绿色环保，钢铁工业加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级，主反应为，该反应属于 (填基本反应类型)。 （4）将锌粉和铁粉的混合物加入到盛有一定量硝酸银溶液的烧杯中，充分反应后过滤，得到滤渣和滤液，滤液里一定含有 (填化学式，下同)；若将所得滤渣放入稀盐酸中，有气泡产生，则滤渣中可能含有 。 【答案】（1）进风口鼓入的是热空气，氧气充足 （2）组成不同 （3）置换反应 （4） 【解析】（1）根据碳在充足的氧气中燃烧会生成二氧化碳但不会生成一氧化碳，进风口鼓入的是热空气，氧气充足，故进风口处生成的主要是二氧化碳； （2）因为组成不同，所以不锈钢和生铁的性质不同。 （3）该反应的反应物是一种单质和一种化合物，生成物也是一种单质和一种化合物，故属于置换反应。 （4）在金属活动性顺序中，锌＞铁＞H＞银，将锌粉和铁粉的混合物加入到盛有一定量硝酸银溶液的烧杯中，锌先与硝酸银反应生成硝酸锌和银，锌反应完后，如果还有硝酸银，铁再与硝酸银反应生成硝酸亚铁和银，故充分反应后过滤，得到滤渣和滤液，滤液里一定含有Zn(NO3)2。若将所得滤渣放入稀盐酸中，有气泡产生，银与盐酸不反应，铁、锌均与盐酸反应生成氢气，又因为锌先与硝酸银反应，铁后与硝酸银反应，故说明滤渣中一定有铁，故滤渣中可能含有锌。 重难点一 工业炼铁 【易错警示】 1.实验开始时，先通入一氧化碳，然后再点燃酒精喷灯的原因是排出空气，防止加热时爆炸。 2.实验结束时的操作是“先停止加热，继续通一氧化碳，直到玻璃管冷却”。这样操作的目的是防止生成高温的铁又被氧化。 实践应用 1．下列有关模拟工业炼铁的叙述不正确的一项是 A．实验前先点燃酒精喷灯预热再通入一氧化碳 B．用燃着的酒精灯可减少CO污染空气 C．硬质玻璃管中红棕色固体变为黑色 D．实验过程中澄清石灰水可以起到吸收二氧化碳的作用 【答案】A 【解析】A、实验前若先点燃酒精喷灯预热，再通入一氧化碳，会导致一氧化碳与装置内的空气混合，加热时发生爆炸。正确操作是先通一氧化碳排尽空气，再加热，叙述不正确。 B、一氧化碳有毒，用燃着的酒精灯点燃尾气中的，使其转化为无毒的，可减少空气污染，叙述正确。 C、硬质玻璃管内的红棕色氧化铁（），被还原为黑色的铁（），因此会观察到 “红棕色固体变为黑色”，叙述正确。 D、澄清石灰水（主要成分为）能与反应（），因此可起到吸收二氧化碳的作用，叙述正确。 故选：A。 2．某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究(固定装置略)。 【查阅资料】CO能溶于铜液。铜液：醋酸二氨合铜和氨水的混合液。 （1）按如图连接装置A﹣B，连接好装置后，在装入试剂前，先检查装置的 。 （2）反应开始前，要先通入CO一段时间，请说明理由 。 （3）反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象 。 （4）某同学认为该装置有缺陷，常在装置B后再连接装置C，装置B、C的接口连接顺序：a连接 (填“b”或“c”) 【答案】（1）气密性 （2）排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热发生爆炸 （3）A中玻璃管内红色固体变成黑色，B中澄清的石灰水变浑浊 （4）c 【解析】（1）按如图连接装置A-B，连接好装置后，在装入试剂前，先检查装置的气密性。 （2）任何可燃性气体与空气混合都有一个爆炸极限，在爆炸极限范围之内，遇到明火或电火花会发生爆炸。反应开始前，要先通入CO一段时间，原因是排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热发生爆炸。 （3）CO与Fe2O3反应生成铁、二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象是：A中玻璃管内红色固体变成黑色，B中澄清的石灰水变浑浊。 （4）该装置没有尾气处理装置，因为尾气中含有有毒的一氧化碳气体，直接排放到空气中会造成空气污染，因为CO能溶于铜液，所以可在C后连接一个装置，用于吸收一氧化碳，吸收气体时应长管进气，尾气从长管进入，故接口应连接c。 基础达标 1．下列物质中，属于铁矿石的是(　　) A．石灰石 B．明矾石 C．孔雀石 D．磁铁矿 【答案】D 【解析】A、石灰石的主要成分是碳酸钙，故选项错误；B、明矾石是含钾铝的化合物，故选项错误；C、孔雀石可以炼铜，故选项错误；D、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，故选项正确。故选D。 2．《天工开物》中描述了古代炼铁的方法：“凡铁一炉载土(铁矿石)二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。”下列说法不正确的是 A．硬木柴可以作燃料，提供热量 B．拉动风箱能够使燃料充分燃烧 C．炼铁所用赤铁矿的主要成分是Fe3O4 D．上述过程制得的生铁属于合金 【答案】C 【解析】A、硬木柴能燃烧，放出热量，所以可以作燃料，提供热量，故说法正确； B、拉动风箱可以补充大量空气，能够使燃料充分燃烧，故说法正确； C、赤铁矿的主要成分是氧化铁，化学式为：Fe2O3，故说法错误； D、生铁主要成分是铁，还含有碳等物质，是合金，故说法正确。 故选C。 3．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 C．b处澄清石灰水变浑浊证明有生成 D．可利用点燃的方法进行尾气处理 【答案】B 【解析】A、a处一氧化碳与氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，可观察到a处红棕色粉末变为黑色，故选项说法正确。 B、a处一氧化碳与氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为，选项说法不正确。 C、二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，b处澄清石灰水变浑浊，证明有生成，故选项说法正确。 D、一氧化碳具有可燃性，防止污染空气，可利用点燃的方法进行尾气处理，故选项说法正确。 故选B。 4．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．CO具有可燃性 C．反应后的固体是铁和氧化铁的混合物，可以采用加入盐酸并过滤的方法得到铁 D．硬质玻璃管中固体质量逐渐减小 【答案】C 【解析】A、澄清石灰水的主要成分是，能与反应生成沉淀，使石灰水变浑浊，因此石灰水变浑浊可证明有生成，正确。 B、装置末端用酒精灯点燃尾气，说明能燃烧，即具有可燃性，正确。 C、铁（）和氧化铁（）都能与盐酸反应（），若加入盐酸，铁会被溶解，无法通过过滤得到铁，错误。 D、硬质玻璃管中被还原为，失去了氧元素，因此固体质量逐渐减小，正确。 故选：C。 5．我国金属矿产资源分布广泛，但贫矿多，富矿少。故选择优质矿源、防止冶炼污染、提高资源利用率等问题显得尤为重要。请联系实际，解决问题： （1）选择优质矿源。赤铜矿（）、黄铁矿（）是常见的金属矿物，二者中，能用于冶炼金属铜的是 （填名称）。黄铁矿中铁元素的化合价为+2，则硫元素的化合价为 。 （2）防止冶炼污染。工业用赤铁矿炼铁时主要发生反应的化学方程式是 。冶炼产生的尾气 （填“能”或“不能”）直接排入大气。 （3）提高资源利用率。为了提高金属资源利用率，家庭中，我们要做到 。 【答案】（1）赤铜矿 -1 （2） 不能 （3）防止金属制品锈蚀（合理即可） 【解析】（1）赤铜矿（Cu2O）中含有铜元素，可用于冶炼金属铜，黄铁矿中铁元素的化合价为+2，设硫元素化合价为x，可得(+2)+2x=0，x = -1。故填：赤铜矿；-1。 （2）工业炼铁利用CO还原铁的氧化物，赤铁矿主要成分为Fe2O3，反应方程式为：，冶炼产生的尾气中含有CO，CO有毒，不能直接排放到大气中。故填：；不能。 （3）提高金属资源利用率可从防止金属制品生锈，寻找金属替代品或是合理开采金属矿产进行，在家庭中我们可以做到的是防止金属制品生锈。故填：防止金属制品生锈（合理即可）。 6．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 图样 主要成分 （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，其中铁元素的化合价为 ，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，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 【解析】（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）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； 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。 7．金属材料在人类发展的历史长河中起着非常重要的作用。 （1）铝制品用途广泛，铝合金的强度和硬度一般比纯铝 (填“大”或“小”)。 （2）如图是模拟工业炼铁的微型实验装置。 ①写出a处的化学方程式 。 ②b处观察到的现象 。 【答案】（1）大 （2） 澄清石灰水变浑浊 【解析】（1）由合金的性能可知，铝合金的强度和硬度一般比纯铝大； （2）①a处发生的反应是在高温条件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：； ②反应生成的二氧化碳与b处的澄清石灰水反应生成碳酸钙和水，所以b处反应的现象澄清石灰水变浑浊。 8．早在春秋时期，我国已生产和使用铁器。战国时期，铁制工具的大量使用提高了生产力水平。《天工开物》中有我国古代炼铁的记载。关于铁矿石与铁的性质、用途等内容的梳理如下。联系实际，解决问题： （1）利用赤铁矿可以冶炼生铁，反应的化学方程式为 。 （2）在建筑业上，铁的主要用途有 。 （3）我国古代湿法炼铜中铁与硫酸铜反应的基本反应类型为 。 （4）在能源领域，铁粉作为燃料电池的主要燃料，燃烧时发生反应的化学方程式为 。 【答案】（1） （2）制作钢筋、桥梁、建筑结构等 （3）置换反应 （4） 【解析】（1）赤铁矿主要成分是氧化铁，利用赤铁矿可以冶炼生铁，其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，化学方程式为； （2）在建筑业上，铁的主要用途有制作钢筋、桥梁、建筑结构等； （3）铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，该反应符合一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，属于基本反应类型中的置换反应； （4）铁粉作为燃料电池的主要燃料，燃烧时发生的反应是铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，化学方程式为。 综合应用 9．《博山县志》记载炼铁的情况“凿山取石，其精良者为驩石，次为硬石。击而碎之，和以煤，盛以筒，置方炉中，周以樵火。初犹未为铁也。复击之碎之，易其筒与炉，加大火。每石一石得铁二斗，为生铁。” （1）下列物质可能是“驩（huān）石”的主要成分的是________。 A． B．Au C． D．CuO （2）“为生铁”其中生铁属于 （填“纯净物”或“混合物”）。 （3）“周以樵火”时，将木材架空的目的是 。 （4）“初犹未为铁”，未炼出铁的原因是 。 （5）现代工业可以用CO还原得到铁，该反应的化学方程式 。 【答案】（1）AC （2）混合物 （3）增大木材与氧气的接触面积，使燃烧更充分 （4）温度不够/反应时间不足 （5） 【解析】（1）由题干信息可知，驩石是古代炼铁的矿石，需含铁且能通过还原反应生成铁，赤铁矿和磁铁矿是炼铁的主要矿石，赤铁矿的主要成分是，磁铁矿的主要成分是，故、可能是驩石的主要成分，故选：AC； （2）生铁是铁的合金，主要含有铁和碳，属于混合物； （3）“周以樵火”时，将木材架空的目的是增大木材与氧气的接触面积，使燃烧更充分； （4）“初犹未为铁”，未炼出铁的原因是温度不够或反应时间不足； （5）一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为。 10．竖炉炼铁的工艺流程示意图如下所示，请回答下列问题。 （1）粉碎机将铁矿石粉碎的目的是 。 （2）还原反应室中发生的两个还原氧化铁的反应，化学方程式分别为： ① ② 。 （3）还原反应室中发生的两个反应，属于置换反应的是 （填序号）。 【答案】（1）增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分 （2）Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 （3）① 【解析】（1）粉碎机将铁矿石粉碎的目的是增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分。 （2）根据流程示意图可知，还原反应室中发生的两个还原氧化铁的反应，化学方程式分别为： ① ②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。 （3）由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物的反应是置换反应，则还原反应室中发生的两个反应，属于置换反应的是①。 11．我国力争在2030年之前“碳达峰”，为此钢铁工业正在加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级。工程师在高炉炼铁(如图1)的基础上，开发了氢基竖炉炼铁新工艺(如图2)。请根据信息回答下列问题： （1）炼铁高炉出铁口流出的物质是生铁，它属于金属材料中的 (填字母)。 a.合金          b.纯金属 （2）生铁经过进一步炼制可以制成不锈钢，生活中常用不锈钢制造炊具，主要利用了不锈钢 (填字母)的优良性能。 a.导热性好、抗腐蚀性好        b.熔点低、不导电 （3）根据炼铁原料主要成分的组成分析，氢基竖炉炼铁的还原反应室排放出的尾气中主要含有 (填字母)。 a.水蒸气和二氧化碳           b.二氧化氮和二氧化硫 （4）赤铁矿石主要成分Fe2O3中铁元素的化合价为 。用60t含Fe2O380%的赤铁矿(杂质中不含铁元素，也不发生化学反应)理论上能生产含铁96%的生铁的质量为 t。 【答案】（1）a （2）a （3）a （4）+3 35 【解析】（1）生铁的主要成分是铁和碳，属于铁的合金，故选a； （2）不锈钢制造炊具，主要利用了不锈钢导热性好和抗腐蚀性好的特性，故选a； （3）氢基竖炉炼铁的还原反应室中是氢气、一氧化碳分别和氧化铁反应生成铁和水、二氧化碳，所以氢基竖炉炼铁的还原反应室排放出的尾气中主要含有水蒸气和二氧化碳，故选a； （4）在化合物中，氧元素显−2价，设Fe2O3中铁元素的化合价为x，根据化合物中正负化合价代数和为零，则2x+（−2）×3=0，解得x=+3； 根据质量守恒定律可知，反应前后元素的质量不变。理论上能生产含铁96%的生铁的质量为：。 12．从古至今，铁及其化合物一直被人类广泛利用。 Ⅰ．铁的冶炼 （1）《天工开物》中记载了“古代炼铁”(如图1)和“炒钢法”(如图2) ①从充分燃烧的角度看，图1推动风箱的目的是 ，风向宜于矿物 。(填“逆流而行”或“顺流而行”) ②“炒钢法”即“持柳棍疾搅，即时炒成熟铁”，最终得到钢。不断翻炒液态生铁，主要是为了降低生铁中 元素含量。 （2）现代炼铁工业主要以高炉炼铁为主，图3为炼铁高炉及炉内化学变化过程图。 ①B区中焦炭燃烧产生，A区中主要发生了两个化学反应，请写出其中一个反应的化学方程式 。B区温度比A区 。(填“高”或“低”) ②高炉气体中含有多种成分，其中含量较多且与热空气中气体成分相同的是 。 ③炉渣与生铁分离的原理主要是密度大小不同，由图可知 的密度小。制得的生铁属于 。(填“纯净物”或“混合物”) Ⅱ．铁及其化合物在众多领域中发挥着重要作用 （3）“手撕钢”是厚度控制在0.025毫米以下的钢，在折叠屏手机、航空航天等领域有重要作用。把普通钢制成“手撕钢”是利用金属的___________。(填标号) A．导热性 B．延展性 C．硬度大 （4）由生铁制成的铁锅初次使用前，需“烤蓝”处理，即高温烈焰使其表面形成致密的膜，该层膜隔绝了空气中的水和 ，以防生锈。 （5）碳酸亚铁应用广泛，可做阻燃剂。在空气中灼烧碳酸亚铁生成和，它可以作阻燃剂的原因是 。 【答案】（1）增加氧气的量，使反应更加充分 逆流而行 碳 （2） 高 氮气 炉渣 混合物 （3）B （4）氧气 （5）消耗了氧气，同时生成二氧化碳，阻隔了可燃物和氧气的接触 【解析】（1） ①从充分燃烧的角度看，图1推动风箱的目的是：增加氧气的量，使反应更加充分； 风向宜于矿物逆流而行，这样增大反应物之间的接触面积，充分反应。故填：逆流而行。 ②钢和生铁都是铁的合金，两者的区别是含碳量不同，生铁的含碳量高于钢。图2中“炒钢法”即“持柳棍疾搅，即时炒成熟铁”，不断翻炒液态生铁，将含碳量降低，最终得到钢。故填：碳； （2）①A区中主要发生了两个化学反应，一是铁矿石中铁的氧化物发生还原反应，而是铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣的反应。以赤铁矿石炼铁为例，发生反应的化学方程式为：。B区是焦炭燃烧产生热量的部位，A区是一氧化碳还原金属氧化物和形成炉渣的部位。B区焦炭燃烧产生热量在进入A区中有散失。所以，B区温度比A区高。 ②热空气中较多的气体是氮气和氧气，进入高炉，氧气和焦炭发生反应生成二氧化碳，所以高炉气体中含量较多且与热空气中气体成分相同的是氮气。 ③炉渣与生铁分离的原理主要是密度大小不同，由图可知出渣口在出铁口的上方，说明炉渣的密度小。故填：炉渣；生铁中含有铁和碳，是混合物，故填：混合物。 （3）“手撕钢”是厚度控制在0.025毫米以下的钢，把普通钢制成“手撕钢”是利用金属的延展性，故选B； （4）铁生锈就是铁与水和氧气的反应，“烤蓝”处理，就是高温烈焰使其表面形成致密的膜，该层膜隔绝了空气中的水和氧气； （5）碳酸亚铁应用广泛，可做阻燃剂。在空气中灼烧消耗了氧气，同时生成二氧化碳，阻隔了可燃物和氧气的接触，起到阻燃的作用。 拓展培优 13．兴趣小组的同学利用图装置探究工业炼铁的化学原理。 （1）实验开始时，先进行的操作是 (填序号)。 ①通入一氧化碳     ②加热 （2）写出该装置中相关反应的化学方程式(至少2个) 。 （3）通过上述实验探究，可知一氧化碳具有的化学性质为 (填序号)。 ①氧化性    ②还原性    ③不溶于水    ④可燃性    ⑤能与碱反应 （4）已知氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，为收集尾气并除去气体中的二氧化碳，酒精灯处可用如图装置代替，其中最合理的是______(填字母序号)。 A． B． C． 【答案】（1）① （2）Fe2O3+3CO2Fe+3CO2、2CO+O22CO2 （3）②④ （4）C 【解析】（1）工业炼铁实验中，一氧化碳（）是可燃性气体，若装置内残留空气（含），加热时与混合会形成爆炸性混合物，引发爆炸。因此实验开始时需先通入排尽装置内空气，待空气完全排出后再加热。故填①。 （2）还原反应（炼铁主反应）：作还原剂，在高温条件下还原，生成铁单质与：； 检验的反应：生成的与澄清石灰水（）发生复分解反应，生成碳酸钙沉淀（使溶液变浑浊）：； 尾气处理反应：未参与反应的（有毒，需处理）在空气中燃烧，体现可燃性：。 （3）还原性：CO在，中夺取中的氧，表现还原性（对应②）； 可燃性：CO在，中燃烧，表现可燃性（对应④）。 （①氧化性、③不溶于水（物理性质）、⑤能与碱反应，均未体现） 答案：②④ （4）气体从长导管通入，先与溶液充分接触（吸收）；难溶于溶液，密度比溶液小，会在上部聚集，因此排出水应从长管排出，最终被收集在瓶中，同时可防止液体倒吸。 14．钢铁工业加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级。工程师在高炉炼铁（图甲）的基础上，开发了氢基竖炉炼铁新工艺，其流程如图（图乙）。 （1）冶炼金属会消耗大量金属资源，下列有关保护金属资源的做法正确的有___（填字母）。 A．寻找金属的代用品 B．过度开采金属矿物 C．回收利用废旧金属 （2）甲图A处发生反应的化学方程式是 。B处流出的是 。 （3）甲图石灰石的主要作用是 。 （4）新工艺绿色环保，“还原反应室”中主反应为。X的化学式为 。 （5）若用960t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是 。 （6）图乙中合成气由甲烷和水反应制得，也可由焦炭制得：。消耗相同质量的水时，理论上前者与后者制得的质量比为 。 【答案】（1）AC （2） 生铁 （3）将矿石中的二氧化硅转化为炉渣 （4） （5）560t （6）3∶1 【解析】（1）A.这是保护金属资源的一种有效方式。通过使用其他材料替代金属，可以减少对金属资源的依赖，从而延长金属资源的使用寿命，因此是正确的做法。 B.过度开采金属矿物：这种做法显然不合理。过度开采会导致资源枯竭，破坏生态环境，与保护资源的目标背道而驰，因此是错误的做法。 C.回收利用废旧金属：这是保护金属资源的重要措施之一。通过回收废旧金属并重新利用，可以减少对新矿的开采需求，节约资源，因此是正确的做法。 故选AC。 （2）一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为；在高温炼铁的过程中，铁矿石中的铁元素被还原出来形成生铁，故B处流出的是生铁。 （3）在炼铁过程中，石灰石的主要化学成分为碳酸钙，它可以和矿石中的二氧化硅发生反应，从而将二氧化硅转变为炉渣，这就是石灰石在炼铁过程中的主要作用。 （4）根据质量守恒定律反应前后原子的种类和个数都不变，反应前有2Fe、3O、6H，反应后有2Fe，故3X中含有6H和3O，故X的化学式是； （5）设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是x， 所以理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是560t。 （6） 根据题意，，，由此可知每一个水分子前者生成3个氢分子，后者生成1个氢分子，故等量的水理论上生成氢气的质量比是3:1。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第九单元 金属 第一节常见的金属材料 第2课时 炼铁的原理 教学目标 1.了解金属资源的存在形式，认识常见的金属矿物； 2.理解还原反应的概念； 3.掌握工业炼铁的原理和方法。 重点和难点 实验室模拟铁的冶炼。 ◆知识点一 金属矿物 1．金属资源存在形式 存在 和 中 存在形式 (少数很不活泼的金属，如金、银等) (金、银等以外的金属) 2.地壳中金属元素的含量 3．铜的冶炼及常见的铜矿石 铜是人类最早使用的金属之一。人们主要是通过用焦炭焙烧含有 元素的矿石获得金属铜。 铜矿石 黄铜矿 孔雀石 辉铜矿 主要成分 4．还原反应 焙烧孔雀石时，其主要成分碱式碳酸铜受热会分解，生成氧化铜等产物。氧化铜能与木炭反应，生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为 。在这个反应中，氧化铜中的氧被碳夺去，铜被还原出来。像这样， 的反应属于还原反应。 5.当今社会，在众多的金属材料中，铁、铝及其合金一直在人类生产生活中占据着主导地位， 工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志。 即学即练 1．下列主要成分是的铁矿石是 A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．赤铜矿 D．铝土矿 2．唐代文学家刘禹锡在《浪淘沙》中写道“美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来”。诗中描述的是一种在自然界中有单质形式存在的金属，该金属是 A．铝 B．铁 C．铜 D．金 ◆知识点二 铁的冶炼 实验仪器 硬质玻璃管、单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、铁架台、酒精灯、酒精喷灯、玻璃导管 实验试剂 一氧化碳、氧化铁、澄清石灰水。 实验原理 。 实验装置 实验步骤 a.组装仪器，并检查装置的气密性。； b.装入药品，固定装置； c.点燃酒精灯，向玻璃管中通入一氧化碳； d.点燃酒精喷灯； e.反应完成后，熄灭酒精喷灯； f.硬质玻璃管冷却后，停止通入一氧化碳； g.熄灭酒精灯。 实验现象 与原理 （1） 玻璃管内：红棕色粉末 。反应的化学方程式： （2） 试管内：澄清石灰水 。反应的化学方程式： （3） 酒精灯处：气体 。反应的化学方程式： 实验注意 1.装置尾部酒精灯的作用是： 。 2.实验开始时，要先 ，一段时间后再 ，目的是 。 3.实验结束，停止加热后，要继续通CO直至玻璃管冷却，或用弹簧夹夹紧玻璃管两端的胶皮管直至玻璃管冷却，才可以把固体倒到白纸上观察。不能把热的固体直接倒出来观察的原因是 。 4.在CO还原Fe2O3的反应中，CO具有 性，作 剂。 5.实验结束，停止加热后，要继续通CO直至玻璃管冷却，同时防止 。 6.若没有酒精喷灯也可用酒精灯代替，但需在火焰外加金属网罩，使 ，提高 。 计算思维辨析 固体木炭还原氧化铜，完全反应后固体减少量为 。用氢气和一氧化碳两种气体还原氧化铜时，则固体减少量是 。 2.工业炼铁 【原料】 铁矿石、焦炭、石灰石、空气等 【反应原理】 在高温的条件下，利用炉内反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来 【主要设备】 【产品】生铁（ 物）。 【化学方程式】 以赤铁矿为原料，主要反应为： 以磁铁矿为原料，主要反应为： 焦炭的作用：①提供热量：C+O2CO2 ②提供还原剂：C+CO2 2CO 炼铁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。 即学即练 1．如图为工业炼铁及炼钢的流程示意图，下列说法不正确的是 A．过程I焦炭的作用是提供热量 B．过程Ⅱ发生的化学反应为放热反应 C．过程Ⅲ炼铁原理为 D．过程IV通入氧气是为了降低生铁中的含碳量 2．钢铁是目前应用最广泛的金属。钢铁工业的发展状况是衡量一个国家工业化水平的重要标志。 （1）炼铁高炉进风口附近的反应，主要生成而不是的原因是 。 （2）不锈钢不易生锈，生铁容易生锈，二者性质不同的原因是 。 （3）新工艺绿色环保，钢铁工业加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级，主反应为，该反应属于 (填基本反应类型)。 （4）将锌粉和铁粉的混合物加入到盛有一定量硝酸银溶液的烧杯中，充分反应后过滤，得到滤渣和滤液，滤液里一定含有 (填化学式，下同)；若将所得滤渣放入稀盐酸中，有气泡产生，则滤渣中可能含有 。 重难点一 工业炼铁 【易错警示】 1.实验开始时，先通入 ，然后再 的原因是 。 2.实验结束时的操作是“先 ，继续通 ，直到玻璃管 ”。这样操作的目的是 。 实践应用 1．下列有关模拟工业炼铁的叙述不正确的一项是 A．实验前先点燃酒精喷灯预热再通入一氧化碳 B．用燃着的酒精灯可减少CO污染空气 C．硬质玻璃管中红棕色固体变为黑色 D．实验过程中澄清石灰水可以起到吸收二氧化碳的作用 2．某兴趣小组的同学们利用如图所示的装置对CO还原Fe2O3粉末的实验进行探究(固定装置略)。 【查阅资料】CO能溶于铜液。铜液：醋酸二氨合铜和氨水的混合液。 （1）按如图连接装置A﹣B，连接好装置后，在装入试剂前，先检查装置的 。 （2）反应开始前，要先通入CO一段时间，请说明理由 。 （3）反应一段时间后，能证明CO与Fe2O3反应的实验现象 。 （4）某同学认为该装置有缺陷，常在装置B后再连接装置C，装置B、C的接口连接顺序：a连接 (填“b”或“c”) 基础达标 1．下列物质中，属于铁矿石的是(　　) A．石灰石 B．明矾石 C．孔雀石 D．磁铁矿 2．《天工开物》中描述了古代炼铁的方法：“凡铁一炉载土(铁矿石)二千余斤，或用硬木柴，或用煤炭，南北各从利便。扇炉风箱必用四人、六人带拽。”下列说法不正确的是 A．硬木柴可以作燃料，提供热量 B．拉动风箱能够使燃料充分燃烧 C．炼铁所用赤铁矿的主要成分是Fe3O4 D．上述过程制得的生铁属于合金 3．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 C．b处澄清石灰水变浑浊证明有生成 D．可利用点燃的方法进行尾气处理 4．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．CO具有可燃性 C．反应后的固体是铁和氧化铁的混合物，可以采用加入盐酸并过滤的方法得到铁 D．硬质玻璃管中固体质量逐渐减小 5．我国金属矿产资源分布广泛，但贫矿多，富矿少。故选择优质矿源、防止冶炼污染、提高资源利用率等问题显得尤为重要。请联系实际，解决问题： （1）选择优质矿源。赤铜矿（）、黄铁矿（）是常见的金属矿物，二者中，能用于冶炼金属铜的是 （填名称）。黄铁矿中铁元素的化合价为+2，则硫元素的化合价为 。 （2）防止冶炼污染。工业用赤铁矿炼铁时主要发生反应的化学方程式是 。冶炼产生的尾气 （填“能”或“不能”）直接排入大气。 （3）提高资源利用率。为了提高金属资源利用率，家庭中，我们要做到 。 6．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 图样 主要成分 （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，其中铁元素的化合价为 ，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，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。 7．金属材料在人类发展的历史长河中起着非常重要的作用。 （1）铝制品用途广泛，铝合金的强度和硬度一般比纯铝 (填“大”或“小”)。 （2）如图是模拟工业炼铁的微型实验装置。 ①写出a处的化学方程式 。 ②b处观察到的现象 。 8．早在春秋时期，我国已生产和使用铁器。战国时期，铁制工具的大量使用提高了生产力水平。《天工开物》中有我国古代炼铁的记载。关于铁矿石与铁的性质、用途等内容的梳理如下。联系实际，解决问题： （1）利用赤铁矿可以冶炼生铁，反应的化学方程式为 。 （2）在建筑业上，铁的主要用途有 。 （3）我国古代湿法炼铜中铁与硫酸铜反应的基本反应类型为 。 （4）在能源领域，铁粉作为燃料电池的主要燃料，燃烧时发生反应的化学方程式为 。 综合应用 9．《博山县志》记载炼铁的情况“凿山取石，其精良者为驩石，次为硬石。击而碎之，和以煤，盛以筒，置方炉中，周以樵火。初犹未为铁也。复击之碎之，易其筒与炉，加大火。每石一石得铁二斗，为生铁。” （1）下列物质可能是“驩（huān）石”的主要成分的是________。 A． B．Au C． D．CuO （2）“为生铁”其中生铁属于 （填“纯净物”或“混合物”）。 （3）“周以樵火”时，将木材架空的目的是 。 （4）“初犹未为铁”，未炼出铁的原因是 。 （5）现代工业可以用CO还原得到铁，该反应的化学方程式 。 10．竖炉炼铁的工艺流程示意图如下所示，请回答下列问题。 （1）粉碎机将铁矿石粉碎的目的是 。 （2）还原反应室中发生的两个还原氧化铁的反应，化学方程式分别为： ① ② 。 （3）还原反应室中发生的两个反应，属于置换反应的是 （填序号）。 11．我国力争在2030年之前“碳达峰”，为此钢铁工业正在加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级。工程师在高炉炼铁(如图1)的基础上，开发了氢基竖炉炼铁新工艺(如图2)。请根据信息回答下列问题： （1）炼铁高炉出铁口流出的物质是生铁，它属于金属材料中的 (填字母)。 a.合金          b.纯金属 （2）生铁经过进一步炼制可以制成不锈钢，生活中常用不锈钢制造炊具，主要利用了不锈钢 (填字母)的优良性能。 a.导热性好、抗腐蚀性好        b.熔点低、不导电 （3）根据炼铁原料主要成分的组成分析，氢基竖炉炼铁的还原反应室排放出的尾气中主要含有 (填字母)。 a.水蒸气和二氧化碳           b.二氧化氮和二氧化硫 （4）赤铁矿石主要成分Fe2O3中铁元素的化合价为 。用60t含Fe2O380%的赤铁矿(杂质中不含铁元素，也不发生化学反应)理论上能生产含铁96%的生铁的质量为 t。 12．从古至今，铁及其化合物一直被人类广泛利用。 Ⅰ．铁的冶炼 （1）《天工开物》中记载了“古代炼铁”(如图1)和“炒钢法”(如图2) ①从充分燃烧的角度看，图1推动风箱的目的是 ，风向宜于矿物 。(填“逆流而行”或“顺流而行”) ②“炒钢法”即“持柳棍疾搅，即时炒成熟铁”，最终得到钢。不断翻炒液态生铁，主要是为了降低生铁中 元素含量。 （2）现代炼铁工业主要以高炉炼铁为主，图3为炼铁高炉及炉内化学变化过程图。 ①B区中焦炭燃烧产生，A区中主要发生了两个化学反应，请写出其中一个反应的化学方程式 。B区温度比A区 。(填“高”或“低”) ②高炉气体中含有多种成分，其中含量较多且与热空气中气体成分相同的是 。 ③炉渣与生铁分离的原理主要是密度大小不同，由图可知 的密度小。制得的生铁属于 。(填“纯净物”或“混合物”) Ⅱ．铁及其化合物在众多领域中发挥着重要作用 （3）“手撕钢”是厚度控制在0.025毫米以下的钢，在折叠屏手机、航空航天等领域有重要作用。把普通钢制成“手撕钢”是利用金属的___________。(填标号) A．导热性 B．延展性 C．硬度大 （4）由生铁制成的铁锅初次使用前，需“烤蓝”处理，即高温烈焰使其表面形成致密的膜，该层膜隔绝了空气中的水和 ，以防生锈。 （5）碳酸亚铁应用广泛，可做阻燃剂。在空气中灼烧碳酸亚铁生成和，它可以作阻燃剂的原因是 。 拓展培优 13．兴趣小组的同学利用图装置探究工业炼铁的化学原理。 （1）实验开始时，先进行的操作是 (填序号)。 ①通入一氧化碳     ②加热 （2）写出该装置中相关反应的化学方程式(至少2个) 。 （3）通过上述实验探究，可知一氧化碳具有的化学性质为 (填序号)。 ①氧化性    ②还原性    ③不溶于水    ④可燃性    ⑤能与碱反应 （4）已知氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，为收集尾气并除去气体中的二氧化碳，酒精灯处可用如图装置代替，其中最合理的是______(填字母序号)。 A． B． C． 14．钢铁工业加速绿色转型，由“碳冶金”向“氢冶金”升级。工程师在高炉炼铁（图甲）的基础上，开发了氢基竖炉炼铁新工艺，其流程如图（图乙）。 （1）冶炼金属会消耗大量金属资源，下列有关保护金属资源的做法正确的有___（填字母）。 A．寻找金属的代用品 B．过度开采金属矿物 C．回收利用废旧金属 （2）甲图A处发生反应的化学方程式是 。B处流出的是 。 （3）甲图石灰石的主要作用是 。 （4）新工艺绿色环保，“还原反应室”中主反应为。X的化学式为 。 （5）若用960t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是 。 （6）图乙中合成气由甲烷和水反应制得，也可由焦炭制得：。消耗相同质量的水时，理论上前者与后者制得的质量比为 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $