第十二節(jié) 金屬礦物 鐵的冶煉

1、 金屬礦物鐵的冶煉主講：黃岡中學(xué)化學(xué)高級教師舒寶生一、知識概述 1、了解常見的金屬礦物；2、理解鐵的冶煉原理；3、掌握含雜質(zhì)問題的計算方法。二、重難點知識剖析 （一）常見的金屬礦物鐵、鋁、銅是三種活潑金屬，在自然界中以化合態(tài)的形式存在于礦石中。含有這三種金屬的主要礦石品種如下：（1）磁鐵礦主要成分是Fe3O4，顏色為黑色，有時晶體帶淺藍色，具有金屬光澤或無光澤，不透明。（2）赤鐵礦主要成分是Fe2O3，顏色暗紅，含鐵量越高的顏色就越深，甚至接近黑色，但是它的條痕仍然是紅色。（3）褐鐵礦主要成分為含水氧化鐵（Fe2O3·xH2O），隨所含雜質(zhì)的不同，礦石的顏色呈黃褐色、褐色或黑褐色。（

2、4）菱鐵礦主要成分為FeCO3，有黃白色、淺褐色或深褐色，條痕是白色或淺黃色。（5）銅礦石孔雀石主要成分為Cu2(OH)2CO3、赤銅礦（主要成分為Cu2O）。（6）鋁礦石水鋁石（主要成分為Al2O3·H2O）。（二）鐵的冶煉原理實驗內(nèi)容：一氧化碳還原氧化鐵。（1）實驗裝置（2）操作步驟檢查裝置的氣密性；將適量的氧化鐵放入玻璃管內(nèi)；通入一氧化碳，并點燃酒精燈；待裝置內(nèi)的空氣排凈后，點燃噴燈給氧化鐵加熱；當(dāng)紅棕色粉末變?yōu)楹谏珪r，停止加熱；待試管內(nèi)的物質(zhì)冷卻后停止通入一氧化碳，熄滅酒精燈。（3）現(xiàn)象紅棕色粉末變?yōu)楹谏吻迨宜儨啙?，尾氣燃燒產(chǎn)生藍色火焰。（4）反應(yīng)方程式（冶煉原理）F

3、e2O33CO2Fe3CO2說明：先通入一氧化碳，以排凈試管內(nèi)原有的空氣，防止一氧化碳與空氣混合加熱后發(fā)生爆炸。通入一氧化碳的同時點燃處理尾氣的酒精燈，以免有毒的一氧化碳散發(fā)到空氣中帶來污染。實驗完畢后繼續(xù)通入一氧化碳至試管冷卻，使生成的鐵粉在一氧化碳的氛圍中冷卻，防止高溫下的鐵粉與空氣接觸又被氧化，故先熄滅噴燈，再熄滅酒精燈。如果沒有噴燈，可以使用酒精燈，只要在火焰上加一個金屬網(wǎng)罩即可。（三）鐵的冶煉（1）原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣等。（2）原理：把鐵礦石與焦炭、石灰石一起加入高爐里，從下方通入熱風(fēng)，高爐里發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，其中焦炭在爐內(nèi)反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳與鐵的氧化物在高溫條件下

4、反應(yīng)生成鐵，石灰石則與礦石中的雜質(zhì)（主要是二氧化硅）反應(yīng)生成爐渣。有關(guān)的反應(yīng)方程式：CO2CO2；CCO22CO；3COFe2O32Fe3CO2；CaCO3CaOCO2；CaOSiO2CaSiO3。（3）設(shè)備：高爐。（4）產(chǎn)品：生鐵。（四）含雜質(zhì)問題的計算方法化學(xué)方程式計算是根據(jù)參加反應(yīng)的反應(yīng)物與生成物（均為純凈物）的質(zhì)量比來進行的，計算出的質(zhì)量也是純凈物的質(zhì)量。但在實際生產(chǎn)中，原料與產(chǎn)品都不可能是純凈物，因而掌握有關(guān)含雜質(zhì)的反應(yīng)物或生成物的計算，是初中化學(xué)學(xué)習(xí)必須掌握的基本技能。下面以煉鐵的有關(guān)計算為例說明?；居嬎愎剑?。不純物質(zhì)中純物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)，又稱為純度。注意：化學(xué)方程式所表達的都是

5、純凈物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時的相互關(guān)系，各化學(xué)式所規(guī)定的化學(xué)量，反映的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系。- 返回 - 同步測試一、選擇題1、工人常用2AlFe2O3Al2O32Fe反應(yīng)生成的液態(tài)的鐵焊接鋼軌縫隙。反應(yīng)中Fe2O3（）A被氧化 B被還原C是氧化劑 D是還原劑2、在評定鐵礦石的品位和質(zhì)量時，除看這種鐵礦石里的含鐵量外，還要看它的脈石（SiO2）成分和有害雜質(zhì)（硫、磷）含量的多少，下列鐵礦石不宜作為煉鐵礦石的是（）A赤鐵礦（Fe2O3） B磁鐵礦（Fe3O4）C黃鐵礦（FeS2） D菱鐵礦（FeCO3）3、生鐵和稀鹽酸充分反應(yīng)后，會留有殘渣，殘渣的主要成份是（B）A.鐵 B.碳C.氧化亞鐵 D.三氯化

6、鐵4、在下列反應(yīng)中，鐵的氧化物做氧化劑的是（A）A2Fe2O3+3C4Fe+3CO2B3Fe+2O22Fe3O4CFe2O36HCl=3H2O+2FeCl3D2Fe(OH)3Fe2O33H2O5、赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦的主要成分分別是三氧化二鐵、四氧化三鐵和碳酸亞鐵。這些成分各一噸，含鐵最多的是（B）A三氧化二鐵 B四氧化三鐵C碳酸亞鐵 D一樣多6、組成硫酸亞鐵的各元素，化合價最低和最高的分別是（B）A鐵和氧 B氧和硫C鐵和硫 D氧和鐵7、下列各說法正確的是（C）A在鐵板表面鍍上一層鋅稱為白鐵，白鐵是鐵鋅合金B(yǎng)鐵是地殼中含量最多的金屬元素C高爐煉出來的是生鐵，不是鋼D從高爐排出的廢氣，可以直接

7、放到空氣中8、由圖所示的實驗不能得出的結(jié)論是（）A一氧化碳具有可燃性B高溫下一氧化碳能奪取某些金屬氧化物中的氧成為二氧化碳C二氧化碳的密度大于空氣的密度D金屬氧化物在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)9、高爐煉鐵的主要反應(yīng)是Fe2O3+3COFe+3CO2，據(jù)此下列說法正確的是（B）A反應(yīng)中Fe2O3被氧化B反應(yīng)中碳元素的化合價由+2變?yōu)?4C反應(yīng)中鐵元素的化合價由+2變?yōu)?D該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)10、下圖是高爐煉鐵示意圖。下列說法錯誤的是（）A煉鐵的原料是鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣B焦炭的作用是將鐵的氧化物還原成鐵C石灰石的作用是將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成爐渣而除去D爐渣出口高于生鐵出口的原因是爐渣的密度小于生

8、鐵的密度顯示提示提示：1、BC反應(yīng)中Fe2O3失去了氧變成了鐵；失去氧的物質(zhì)被還原，是氧化劑。2、C如果礦石的雜質(zhì)成分含量大，有害雜質(zhì)多（如含硫、磷元素），煉鐵成本高，煉出的生鐵脆性強，不易加工，則該鐵礦石不宜作為煉鐵礦石。黃鐵礦中含有硫元素，故不能作為煉鐵礦石。8、C在整個的實驗過程中無任何現(xiàn)象表明二氧化碳的密度大于空氣的密度。10、B煉鐵過程中焦炭的作用：一是產(chǎn)生熱量，二是產(chǎn)生一氧化碳，一氧化碳與鐵的氧化物反應(yīng)生成鐵。二、綜合題11、如圖所示是課堂中模擬煉鐵的實驗裝置。（1）實驗過程中，先要進行的是_（填“”或“”）。加熱通入一氧化碳（2）A中反應(yīng)的化學(xué)方程式是_；B中反應(yīng)的化學(xué)方程式是_

9、，B中觀察到的現(xiàn)象是_。（3）該裝置的不足之處是_。顯示答案11、解析：（1）在加熱前要先排盡裝置內(nèi)的空氣，故實驗過程中，先要進行的是。（2）A中反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Fe2O33CO2Fe3CO2；B中反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O；二氧化碳與氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶于水的白色沉淀碳酸鈣，故B中觀察到的現(xiàn)象是澄清石灰水變渾濁。（3）缺少尾氣處理裝置。12、工業(yè)上以大理石和赤鐵礦為主要原料可以制取B和G，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，已知D、G的主要成分為單質(zhì)。試回答下列問題：（1）寫出工業(yè)制取的兩種物質(zhì)的化學(xué)式：B _、G _。（2）寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：反應(yīng)：_；反應(yīng)：

10、_；檢驗氣體C：_。顯示答案12、答案：（1）CaO；Fe（2）CO2C2COFe2O33CO2Fe3CO2CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O13、保鐵礦的主要成分為Fe2O3，某地產(chǎn)的赤鐵礦含雜質(zhì)15%，問多少噸這樣的赤鐵礦石能煉出200 t含雜質(zhì)3%的生鐵？顯示答案13、解析：用赤鐵礦煉鐵的主要反應(yīng)原理的化學(xué)方程式為Fe2O33CO2Fe3CO2，分析題中的已知條件可知，鐵的質(zhì)量應(yīng)為200t×（13%），可設(shè)礦石的質(zhì)量為x，其含雜質(zhì)15%，則含F(xiàn)e2O3為（115%），F(xiàn)e2O3的質(zhì)量為x×（115%），利用化學(xué)方程式中Fe2O3和Fe之間的質(zhì)量關(guān)系列比例式即可求解

11、，也可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，利用化學(xué)方程式來求解。答案：解法一：設(shè)需要的赤鐵礦石的質(zhì)量為x。Fe2O33CO2Fe3CO2160112x×（115%）200t×（13%），x=326t。解法二：200t含雜質(zhì)3%的生鐵中鐵的質(zhì)量為：200t×（13%）=194t。Fe2O3的質(zhì)量為，F(xiàn)e2O3的質(zhì)量為194t÷70%=277.1t，赤鐵礦石的質(zhì)量為277.1t÷（115%）=326t。答：需含雜質(zhì)15%的赤鐵礦石326t。14、用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵多少噸？顯示答案14、解：1000t赤

12、鐵礦石中含氧化鐵的質(zhì)量為1000t×80%=800t設(shè)：800t氧化鐵理論上可以煉出鐵的質(zhì)量為x。Fe2O33CO2Fe3CO2160 2×56800tx折合為含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為560t÷96%=583t答：1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵96%的生鐵583t。15、冶煉2000t含雜質(zhì)3%的生鐵，需要含F(xiàn)e3O490%的磁鐵礦石多少噸？顯示答案15、解：2000t含雜質(zhì)3%的生鐵中鐵的質(zhì)量為：2000t×（13%）=1940t設(shè)：需要磁鐵礦石的質(zhì)量為xFe3O44CO3Fe4CO2232168x×90% 1940tx

13、=2976.7t答：需要磁鐵礦石的質(zhì)量為2976.7t。-END- 課外拓展金屬的冶煉方法-END- 中考解析例1、（武漢市）實驗窒里，用如圖所示裝置還原氧化鐵的過程中，可能生成四氧化三鐵、氧化亞鐵或鐵等固體物質(zhì)。關(guān)于該實驗，下列說法錯誤的是（）A實驗時，試管中澄清的石灰水變渾濁，證明該反應(yīng)有二氧化碳生成B實驗結(jié)束時，玻璃管中紅色的氧化鐵粉末變成黑色。該產(chǎn)物不一定是鐵C反應(yīng)后，玻璃管中的固體物質(zhì)的質(zhì)量比反應(yīng)前減少了，證明一定有鐵生成D為了減少空氣污染，應(yīng)增加尾氣處理裝置解析：本題考查一氧化碳還原氧化鐵的實驗，難度中等。由題意可知，用題圖所示裝置還原氧化鐵的過程中，由于所得產(chǎn)物有多種情況，所以由固體質(zhì)量減少并不能確定一定有鐵生成，只能說明一定發(fā)生了反應(yīng)。所以C選項錯誤。答案：C例2、（貴陽）物質(zhì)的性質(zhì)決定著物質(zhì)在生產(chǎn)和生活中的用途。木炭和一氧化碳都具有還原性，可用于冶煉金屬。請根據(jù)圖回答。（1）請寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：木炭還原氧化銅：_；一氧化碳還原氧化鐵：_。（2）A、B裝置中澄清石灰水的作用是_。（3）B裝置最右端酒精燈的作用是_。（4）在A裝置中，當(dāng)觀察到_的現(xiàn)象時證明木炭粉末和氧化銅粉末已經(jīng)完全反應(yīng)。解析：（1）木炭奪取