第05课 课题3铁的冶炼-九年级化学下学期课后培优分级练（人教版）

第05课  课题3铁的冶炼

一、金属矿物

1.地壳中金属元素含量最高的是__铝__，其次是__铁__。

2.自然界中金属元素中少数不活泼的金属元素以__单质__形式存在(例：Pt、Au、Ag等)，而铁等以化合物形式存在，说明金银化学性质不活泼，而铁等化学性质比较活泼。

3.金属矿物大多数以__化合物__的形式存在，金属化合物以__矿物__的形式存在。

4.常见的铁的矿物：__赤铁矿__（主要成分是Fe2O3），磁铁矿（主要成分是Fe3O4），铝土矿主要成分是Al2O3，铜的矿物：黄铜矿、孔雀石（主要成分是Cu2(OH)2CO3）、赤铜矿（主要成分是Cu2O）等。

5.商代会冶炼青铜器，春秋战国时期会冶铁炼钢，近代会冶铝，说明金属越活泼冶炼越难。

二、铁的冶炼

1.一氧化碳还原氧化铁实验：（氧化铁是铁锈主要成分，为红色，还原出来的铁粉是黑色）

炼铁原理：                         _。用磁铁矿炼铁的化学方程式是                       。

（1）A管现象：红色固体变成黑色，发生的化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。

（2）B处现象：石灰水变浑浊，发生的化学方程式为 CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。

（3）C处现象：燃烧发出蓝色火焰，放出热量，发生的化学方程式为2CO+O2══2CO2。

（4）在本实验中，B装置作用是证明反应生成CO2并除去CO2；C装置的作用：防止有毒的CO污染空气。

（5）尾气的处理方法有点燃、用气球收集、用排水法收集。

（6）实验开始时要注意先通入验纯的CO一会儿再加热，目的是排净装置内空气，防止CO与空气混合遇明火而爆炸。实验结束时要注意先停止加热继续通入CO直到冷却为止；目的是防止很热的铁被氧化。

（7）在此实验中，证明还原出铁的方法：物理方法是用磁铁吸引，有物质被吸引说明生成了铁，化学方法是向固体中滴加稀盐酸，产生气泡则证明生成了铁。(2)实验注意事项：

①先通入一氧化碳气体，目的是__排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气混合加热后，发生爆炸__；

②实验完毕后要继续通入一氧化碳气体，直到玻璃管冷却，一是__防止高温下的铁与空气接触，被氧化为氧化铁__，二是还可__防止澄清石灰水倒吸__；

③尾气中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，所以尾气要__收集或点燃__，以防止直接排放污染空气。

2.工业炼铁

(1)设备：__高炉__；

(2)原料：__铁矿石__、__焦炭__、__石灰石__、__空气__；

(3)反应原理：赤铁矿炼铁原理                     ；磁铁矿炼铁原理                    

(4)用化学方程式表示，高炉中如何产生一氧化碳：                        ，                    

(5)产品：__生铁__。

(6)石灰石的作用是                                   。

(7)炼铁拓展：菱铁矿成分是FeCO3，用它炼铁的缺点是含铁量低；黄铁矿主要成分是FeS2，用它炼铁的缺点是含铁量低且会产生二氧化硫污染空气(8)高炉煤气中含氮气、稀有气体、CO2、CO、烟尘等，其中大气污染物是CO、烟尘。

三、含杂质的计算：1000t含氧化铁质量分数为为80%的赤铁矿可炼出含杂质4%的生铁多少t？

方法一：

方法二

2.“气体”还原的计算思维：若实验小组的同学在实验前共称取20g赤铁矿样品放入玻璃管中，完全反应后余下固体15．2g，求此样品中Fe2O3的质量分数（注：固体的减少量是被夺走的氧化铁中氧元素质量）。解：

培优第一阶——基础过关练

1.下列说法中正确的是

A．铁锈的主要成分是Fe3O4 B．铁在干燥空气中容易生锈

C．铁锈可用于冶炼钢铁 D．生了锈的铁应随手丢弃

2．炼铁高炉中发生的下列反应中属于化合反应的是

①高温煅烧石灰石          ②焦炭充分燃烧

③灼热的焦炭与二氧化碳反应      ④高温下一氧化碳将铁矿石还原为铁

A．①② B．②③ C．③④ D．①④

3．下列关于金属和金属材料的说法中，错误的是（　　）

A．自然界中，金、银、铜、铁主要以单质的形式存在

B．生铁和钢的性能不同主要是因为二者含碳量不同

C．实验室模拟工业炼铁中，体现了一氧化碳的还原性

D．高炉炼铁得到生铁

4．下列有关金属的说法不正确的是（　　）

A．多数合金的抗腐蚀性能比组成它们的纯金属更好

B．防止金属锈蚀是保护金属资源的有效途径

C．回收废旧金属有利于保护环境

D．铝制品不需要涂保护层来防腐蚀，因为常温下铝不与氧气反应

5.（2021广西梧州）我国在西汉初年就掌握炼铁技术，领先西方国家1000多年。下列说法错误的是（   ）A．纯铁比生铁的硬度更小、熔点更高             

B．铁是地壳中含量仅次于铝的金属元素

C．工业上可用焦炭和赤铁矿石反应冶炼铁 

D．除去铁制品表面的油膜能更好防止其腐蚀

6.（2021四川广安市中考）利用如图所示实验装置模拟工业炼铁。下列说法正确的是（    ）

A．反应前后Fe元素的化合价由+2价变为0价 

B．充分加热，a处固体由黑色变为红色

C．b处可以用澄清石灰水检验生成的CO2 

D．可用水吸收尾气中的CO

7.把赤铁矿、焦炭和石灰石一起加入高炉中进行冶炼，下列说法正确的是（   ）

A．高炉得到的产物是纯铁    B．赤铁矿的主要成分是

C．焦炭既可以提供热量又可以提供一氧化碳    D．石灰石用于除去尾气

8．下列有关工业炼铁的叙述中，不正确的是（　　）  

A．炼铁用的设备是高炉

B．炼铁的原料是焦炭、石灰石、铁矿石

C．炼铁最终得到的生铁是混合物

D．炼铁所用的铁矿石中铁元素的质量分数：赤铁矿(Fe2O3)＞磁铁矿(Fe3O4)

3．下列有关铁的叙述不正确的是（　　） 

A．纯铁有银白色光泽，铁属于黑色金属   B．生产和生活中用到的“钢铁”多为铁合金

C．铁在氧气中燃烧生成黑色的氧化铁     D．地壳中的铁均以化合物形式存在

9．甲图是一氧化碳还原氧化铁的装置，乙图是炼铁高炉示意图。下列叙述中正确的是（　　） 

A．炼铁的主要原理是：3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2

B．乙图炼铁中原料石灰石的作用是分解制备一氧化碳

C．甲图中实验开始时一定要先通一段时间一氧化碳

D．乙图中分离出炉渣后得到的生铁是纯净物

10．如图为CO还原Fe2O3的微型实验装置（夹持仪器已略去），甲酸在热的浓硫酸作用下分解生成CO，利用CO还原Fe2O3。（已知： ）下列有关该实验的说法错误的是（　　） 

A．此装置内空间较小，空气易排尽，实验危险系数小

B．此实验装置的主要优点是尾气处理有效节能

C．该实验中CO既表现出还原性，又表现出可燃性

D．该实验中观察到的现象是红色固体变成了银白色，澄清石灰水变浑浊

11．利用甲酸（ HCOOH）与浓硫酸制备CO，并用如下实验装置验证CO的有关性质。已知： ，下列说法不正确的是

A．操作时，先点燃乙处酒精灯，再滴加 HCOOH

B．装置丙的作用是防止倒吸

C．装置丁既可检验CO2，又可收集CO

D．随着反应进行，浓硫酸浓度降低，产生CO气体速率减小

12.（2021湖北九年级竞赛）用某同学改进的如图装置，测得甲中硬质玻璃管（含药品）在反应前和完全反应后的质量分别为M1和M2。下列有关分析正确的是（    ）

A．装置甲中玻璃管内发生的是置换反应

B．装置乙只能起到验证二氧化碳的作用

C．停止加热需继续通CO直至冷却

D．制得铁的质量为（M1-M2）

13.根据如图所示实验判断，下列说法错误的是（    ）

A．先通入一氧化碳，后对氧化铁加热

B．玻璃管中红棕色固体变为黑色

C．一氧化碳高温还原氧化铁属于置换反应

D．澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成

14．（2021福建邵武市教师进修学校模拟预测）用如图装置（夹持装置已略去）和药品进行模拟炼铁实验，测得甲中硬质玻璃管（含药品）在反应前和完全反应后的质量分别为M1和M2。下列有关分析错误的是（    ）

A．装置乙中澄清石灰水会变浑浊

B．停止加热需继续通CO直至冷却

C．该套装置的缺陷是没有用燃着的酒精灯处理尾气

D．氧化铁中氧元素的质量为（M1﹣M2）

培优第二阶——拓展培优练

1．（2021苏州）利用铁粉，炭粉、氯化钠进行铁的锈蚀实验（装置如下图所示，装置气密性良好）。实验1min后温度计读数上升，8min后打开止水夹，水倒吸入锥形瓶，实验数据如下表： 

下列说法不合理的是（   ）

A. 铁的锈蚀是放热反应     

B. 使用氯化钠溶液的目的是加快铁的锈蚀
C. 此实验能推断出铁的锈蚀需要水的参与

D. 计算得出空气中氧气的含量约为19.7%

2．（2021陕西韩城期末）如图1是一氧化碳与氧化铁反应的实验装置图，图2是某化学兴趣小组同学设计的观察铁丝锈蚀的实验装置，下列说法正确的是（    ）

A．图1中，实验时先点燃酒精喷灯、再点燃酒精灯，接着通入CO

B．图1中，硬质玻璃管中的实验现象是黑色固体变成银白色

C．图2中，一段时间后，水中铁丝锈蚀严重，空气中铁丝几乎无变化

D．图2中，一段时间后，水面处铁丝锈蚀严重，塑料瓶会变瘪

3．工业上炼铁炼钢和轧制钢材的主要流程如下图：

已知：生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为 0.03%~2%。

(1)反应：①Fe2O3+3CO 2Fe+3CO，②Fe2O3+3C2Fe+3CO。属于置换反应的是________，用于高炉炼铁的原理是______________(填序号)。

(2)炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是__________________________。

(3)热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是______________。炉渣中含有硅酸钙(CaSiO3)，其中硅元素的化合价是______________。

(4)炼钢炉中，通入纯氧的目的是_______________。将钢锭轧成钢板，体现了金属的______________性。

(5)钢铁制品可能会生锈，写出用稀硫酸除锈反应的化学方程式：______________。

4.（2021宁夏）某同学发现自己眼镜框中铜制部位表面有绿色的铜锈，他联想到探究铁生锈条件的实验决定采用控制变量法探究铜生锈的原因，请你一起探究。 

（提出问题）铜生锈的原因是什么？

（查阅资料）铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3  ， 俗称铜绿。

（1）（猜想与假设）根据查阅的资料猜测：铜生锈是铜与空气中的氧气、水和二氧化碳共同作用的结果，理由是________。   

（2）（设计与实验）他仿照探究铁生锈条件的实验，设计并进行了如下四个实验（说明：实验中用到的蒸馏水均已煮沸过且铜片已打磨干净）。 

在上述实验三中，控制的因素是________，制取氧气的方法与加热高锰酸钾制取氧气的方法相比具有的优点是______________（写一条）。铜生成铜绿的化学方程式为____________________。

（实验结论）他的猜想正确。

（3）（反思与提高） 

生活中你会发现厨房中的铁锅与水接触的部分最容易生锈，切开的苹果不久后变成咖啡色，好像生了“锈”。这些物质“生锈”除了与水有关外，都与________（填物质名称）有关。

（4）请你提出一条延长食品保质期的建议：______________。   

（5）要除去眼镜框表面的铜绿，应选用的药品是________（写一种）。   

5.（2021成都）某学习小组对铁锈蚀进行探究。

【提出问题】铁锈蚀与哪些因素有关？

【查阅资料】

①氯化钙固体可作干燥剂。

②一定条件下，碳可加快铁的锈蚀，但碳本身不参加反应。

③常温常压，氢气密度是dg/mL.

【设计与实验】

实验一：定性探究铁锈蚀的因素

取四枚相同的洁净无锈铁钉分别放入试管，进行图1实验，现象如表1.

（1）对比A、B、C试管中实验现象，说明铁锈蚀主要是与空气中的________发生化学反应。   

（2）对比A、D试管中实验现象，说明铁锈蚀还与________有关。   

（3）铁锈蚀后应及时除锈的原因是________________。写出除铁锈的化学方程式________________。   

（4）实验二：定量探究铁锈蚀的因素

小组设计了图2装置，检查气密性，将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，t,时刻加入2mL饱和NaCl溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。

图2

图3                               图4

据图3，t2时刻后反应并未停止温度却开始降低，原因是________________。

（5）据图4，对比AB段和BC段说明________________，分析t3时刻压强突然变大的原因是________________。

（6）实验三：测定铁锈含量

图5

将实验二烧瓶中剩余物质过滤、洗涤、干燥，得mg固体，连接图5装置，检查气密性，加入固体与足量稀盐酸进行实验。

完全反应后，常温常压下测得生成气体体积为VmL,则该固体中铁锈质量分数表达式为________________。

（7）该实验条件下测得铁锈质量分数偏小的原因是________，解决方法是________________。  

（8）【反思与评价】

与实验一对比，实验二铁锈蚀明显更快的原因是________________。

6.在钢铁工业推进碳减排、碳捕集的过程中，化学发挥了重要作用。

（1）“焦炭炼钢”是先将铁精矿（Fe2O3）和焦炭同时加入高炉，鼓入热空气，充分反应后得到生铁，再将生铁转移至炼钢炉中炼制得钢。

①高炉炼铁的主要反应原理是在高温下，　     　夺取了Fe2O3里的氧将铁还原出来。

（2）为了实现CO2的捕集利用，我国研制出一种多功能复合催化剂（含NaFe2O4），能将CO2转化为汽油，转化步骤如下：

①步骤Ⅰ除生成CO外，还生成另一种氧化物。该氧化物的化学式是　     　。

②下列说法错误的是　     　（填字母）。

A．所得汽油中含有C、H两种元素

B．NaFe3O4中O为-2价，Fe为+3价

C．上述转化不仅有利于CO2减排，还可以减轻人类对化石能源的需求

（3）一种以“氢能炼钢”替代“焦炭炼钢”的工艺流程如图所示。

①高温下，用H2炼铁时反应的化学方程式为　                        　。

②跟“焦炭炼钢”工艺相比，“氢能炼钢”的主要优点有　                       　。

7．铁是应用最广泛的金属，通过冶炼铁矿可以得到铁。

（1）高炉是工业炼铁的主要设备（如图1）。

①高炉炼铁中，焦炭的作用是　                                 　（用化学方程式表示）。

②写出高炉中以赤铁矿为原料得到铁的化学方程式：　                        　。

（2）实验室用氧化铁粉末模拟炼铁（如图2），并探究产物成分。

①实验中观察到硬质玻璃管内固体全部变为黑色，澄清石灰水变浑浊：实验结束时，硬质玻璃管内物质冷却后才停止通一氧化碳的主要原因是　                                   　；该装置的一个明显缺陷是　                 　。

②查阅资料发现：

一氧化碳还原氧化铁后剩余固体可能由四氧化三铁、氧化亚铁、铁粉和未反应的氧化铁中的一种或几种组成；进一步查得三种铁的氧化物的某些性质如下表：

由实验中　                         　的现象，确认剩余固体中已无氧化铁。

③继续探究剩余固体的组成：

8．我国是钢铁大国，经济的发展离不开钢铁。

（1）认识钢铁：

①钢和生铁的区别是　     　不同。

②验证Mg、Fe、Cu三种金属的活动性顺序，可以将打磨好的铁丝分别放入少量的　                  　(填化学式，下同)溶液和　                  　溶液中，然后根据实验现象进行判断。

（2）冶炼钢铁：竖炉冶铁是一种重要的炼铁方法，其工艺流程如图所示。

①从物质分类看，赤铁矿属于　     　。

②还原反应室中发生置换反应的化学方程式为　                        　。

③燃烧室中甲烷的作用是　                 　。

④与传统的冶铁工艺相比，该工艺的优点有　                                    　(写一个)。

培优第三阶——中考沙场点兵

1．（2022贵州贵阳中考）（8分）金属材料的使用与生产、生活和社会发展密切相关。

（1）金属冶炼。利用CO与Fe2O3的反应炼铁，反应的化学方程式为

　                         　。

（2）金属材料的使用和保护。

①“贵州桥梁”闻名世界。桥梁建造中使用大量钢材作支架，钢是铁的合金，钢的硬度比纯铁的      

（填“大”或“小”）

②铁制品在潮湿的空气里容易生锈，防止铁生锈的措施有                 　。铁也易被酸腐蚀，写出铁与盐酸反应的化学方程式 　                　，该反应的基本类型是                 　。

（3）比较Zn、Fe、Cu的金属活动性。

①将一定量的硫酸铜溶液加入锌粉和铁粉的混合固体中，反应的示意图如图所示，分析可知，实验中发生反应的化学方程式为 　                　，可得结论：                　。

②在上述实验中继续添加一定量硫酸铜溶液，微粒种类和数量的变化情况为 　                　时，可得结论：金属活动性Zn＞Fe＞Cu。

2. （2022辽宁沈阳中考）化学是一门以实验为基础的自然科学

（一）实验帮助我们研究物质的组成

如图是测定空气中氧气体积分数的实验装置，请回答下列问题：

（1）红磷在空气中燃烧现象是______，发生反应的化学方程式为：______。

（2）实验结论：氧气约占空气总体积的______。

（二）实验帮助我们研究物质的性质

（3）图1实验中，食用油溶解于______中，该实验表明影响物质溶解性的因素是______。

（4）图2试管B中发生反应化学方程式为：______。

（5）为了探究Zn、Fe、Cu的金属活动性顺序，图2试管C中需要补全的一组试剂是______。

（三）实验帮助我们研究物质的制法

实验室模拟炼铁原理的装置如下图所示，请回答下列问题：

（6）写出A装置玻璃管中发生反应的化学方程式：______，该反应前后碳元素化合价发生的变化是______。

（7）B装置中的现象是______。

（8）实验中需要进行尾气处理的原因是______。

3．（2022年四川省成都市中考）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)不断鼓入空气的目的是__________________________。

(3)炼铁炉中生成铁的化学方程式为__________________________。

(4)撒入潮泥灰主要作用是______。不断翻炒液态生铁，是为了降低______元素的含量。

(5)钢的性能优良，如钢的熔点比纯铁_____，易于加工。

4.（2022黑龙江龙东中考）下图是炼铁高炉内部的物料说明和一套工业炼铁设备模型。请分析回答问题：

（1）高炉炼铁的原理是(用化学方程式表示)_____。

（2）高炉炼铁得到的产品是生铁，生铁和钢都是铁的合金，性能不同是因为_____。

（3）如图副产品中的____又回到了高炉，副产品综合利用的好处是____。

5.（2022天津中考）金属及金属材料在生产、生活中应用广泛。

（1）铝具有很好的抗腐蚀性，是因为其表面生成一层致密的薄膜，该薄膜是______（填化学式）。

（2）向一定质量的氧化铜中加入一定量稀硫酸使其完全溶解，得到蓝色溶液。再加入铁粉充分反应，过滤，得到滤渣和滤液。向滤渣中加入稀硫酸，有气泡冒出，则滤液中的溶质是______（填化学式）。

（3）早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。炼铁原理是利用一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应，该反应的化学方程式为______。现将某铁合金（只含铁和碳）8.7 g 放入盛有 100 g 稀盐酸的烧杯中，恰好完全反应，得到 108.1 g 溶液，则该样品中碳的质量分数为______（结果精确到 0.1%）。该铁合金属于______（填“钢”或“生铁”）。

6.（2022湖南湘潭中考）金属材料在人类文明的发展中起着重要作用，古代治金技术彰显了我国劳动人民的智慧。

（1）战国《韩非子.内储说上》提到，早期采金技术均是“沙里淘金”。金在自然界中主要以__________（填“单质”或“化合物”）形式存在。

（2）北宋沈括所著的《梦溪笔谈》中记载了“湿法炼铜”的方法：“熬胆矾铁金，久之亦化为铜”。即在硫酸铜溶液中加入铁，则可得到铜。该反应的化学方程式是__________，该反应属于__________反应（填基本反应类型）。

（3）明代宋应星所著的《天工开物》一书，介绍了“火法炼锌”的方法：把炉甘石（ZnCO3）和煤炭饼装入炼锌罐如下图所示，泥封，“其底铺薪，发火煅红”“冷定毁罐取出”。

①炉甘石（ZnCO3）加入锌罐之前，先将其粉碎的目的是__________。

②反应区中，炉甘石（ZnCO3）在高温下分解生成氧化锌和另一种氧化物，该氧化物的化学式是__________。

③反应区中，煤炭中的碳与氧化锌反应生成锌和二氧化碳，该反应的化学方程式是__________，该反应中体现了碳的__________（填“还原性”或“氧化性”）。

④必须“冷定”后才能“毁罐”取锌，请从化学变化的角度解释其原因__________。