拓展3 金屬冶煉（原卷版）

一、金屬資源概述1、少數(shù)很不活潑的金屬以單質(zhì)形式存在，如金、銀等。2、絕大多數(shù)金屬以化合物形式存在，如Fe、Cu、Al等。3、常見的金屬礦石及其主要成分金屬礦石赤鐵礦黃鐵礦菱鐵礦鋁土礦黃銅礦輝銅礦主要成分Fe2O3FeS2FeCO3Al2O3CuFeS2Cu2S4、我國礦物儲量居世界前列。5、人類每年要提取數(shù)以億噸的金屬用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其他領域，其中提取量最大的是鐵。二、鐵的冶煉1、實驗室：一氧化碳還原氧化鐵（實驗儀器：酒精噴燈、直玻璃管、試管、玻璃導管、鐵架臺、膠塞、酒精燈）實驗現(xiàn)象：A處B處C處實驗現(xiàn)象紅棕色粉末逐漸變成黑色澄清石灰水變渾濁產(chǎn)生藍色火焰化學方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O2CO+O22CO2實驗注意事項：（1）先通入CO一會兒，再給氧化鐵加熱；原因:排盡裝置中的空氣，防止加熱CO與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸。（2）停止加熱，繼續(xù)通人CO至玻璃管冷卻；原因:防止生成的熱的鐵被空氣再次氧化。（為減少CO的使用量，熄滅酒精噴燈后，可用彈簧夾將硬質(zhì)玻璃管兩側的導管關閉，使鐵在密閉裝置中冷卻）（3）尾氣處理:①點燃，使CO變成無毒的CO2；②在導管末端系一個氣球或用排水法將尾氣收集起來。（4）酒精噴燈的作用是提供高溫（如果用酒精燈，則加金屬網(wǎng)罩，金屬網(wǎng)罩可以集中火焰，提高溫度）（5）澄清石灰水的作用：檢驗生成的二氧化碳。3、裝置改進優(yōu)點：節(jié)約藥品優(yōu)點：雙管集氣瓶既可以檢驗并吸收二氧化碳，還能收集多余的一氧化碳優(yōu)點：節(jié)約能源，減少空氣污染4、工業(yè)上煉鐵設備：高爐（1）煉鐵的原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣（2）反應原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（3）焦炭的作用：=1\*GB3①提供熱量（C+O2CO2）；=2\*GB3②生成CO（C+CO22CO）（焦炭雖具有還原性，但是CO氣體具有流動性，與鐵礦石接觸更充分）（4）石灰石的作用：將礦石中的二氧化硅變?yōu)闋t渣。（5）生產(chǎn)產(chǎn)物：生鐵（具有較多雜質(zhì)），密度大于爐渣，故出鐵口在出渣口下方。（6）高爐氣體的主要成分：N2、CO、CO2等；處理方法：收集后集中處理，或工業(yè)生產(chǎn)中常用于制煤氣。1、下列礦石與其主要成分對應不一致的是（）A．磁鐵礦—FeCO3 B．鋁土礦—Al2O3C．赤鐵礦—Fe2O3 D．黃鐵礦—FeS22、下列有關模擬工業(yè)煉鐵的敘述不正確的是（）A．煉鐵用赤鐵礦的主要成分是Fe3O4B．用燃著的酒精燈可防止CO污染空氣C．硬質(zhì)玻璃管中紅色固體變?yōu)楹谏獶．實驗過程中澄清石灰水變渾濁3、如圖為氫氣還原氧化銅的實驗裝置圖，下列有關分析正確的是（）A．裝置中試管口需略向下傾斜，主要是為了利于通入氫氣B．在給試管內(nèi)藥品加熱前，需先通氫氣排盡試管內(nèi)的空氣C．待藥品完全反應后，需同時撤去酒精燈和通氫氣的導管D．該實驗裝置也可直接用于一氧化碳還原氧化銅的實驗4、工業(yè)煉鐵的部分反應如下所示，則（）O2→①+XCO2→②A．X可以是木炭B．X與CO都具有氧化性C．③反應后的尾氣可直接排放D．Y中鐵元素在自然界以單質(zhì)存在5、用如圖裝置完成以下實驗：

（1）探究燃燒條件：若B處盛放木炭。Ⅰ．先在A處通入氮氣一段時間后，在B處加熱B、C處沒有明顯變化；Ⅱ．待B處冷卻至室溫，在A處通入氧氣一段時間后，B、C處沒有明顯變化；Ⅲ．在A處繼續(xù)通入氧氣，然后在B處加熱，發(fā)現(xiàn)木炭燃燒，C處變渾濁。（2）模擬工業(yè)煉鐵：若B處盛放氧化鐵粉末。在A處通入一氧化碳一段時間后，B處下方用酒精噴燈加熱。下列說法中正確的個數(shù)有（）①Ⅰ和Ⅲ對比，說明燃燒需要可燃物與氧氣接觸②Ⅰ和Ⅲ對比，說明氧氣的化學性質(zhì)比氮氣活潑③Ⅱ和Ⅲ對比，說明燃燒需要溫度達到可燃物的著火點④實驗（2）中缺乏尾氣處理裝置⑤實驗（2）中玻璃管內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量在反應前后的減少量等于C中反應前后物質(zhì)的質(zhì)量的增加量A．5個 B．4個 C．3個 D．2個6、如圖是某科學老師設計的一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置。（1）在B裝置的液面下降到安全線之前，不能加熱氧化鐵，這是因為。（2）反應結束后停止加熱，繼續(xù)通CO，此時B裝置的作用是。7、如圖是工業(yè)煉鐵示意圖，回答下列問題：(1)煉鐵廠使用的煉鐵設備叫；(2)煉鐵時的還原性氣體的化學式為；(3)煉出的生鐵含碳量一般在范圍內(nèi)；(4)煉鐵時使用石灰石，目的是除去礦石中的(填化學式)；(5)煉鐵時，爐內(nèi)的熱量是來自于能轉化而來。8、鋼鐵在生產(chǎn)生活中有廣泛應用。工業(yè)用鐵礦石煉鐵，實驗室也可模擬煉鐵。Ⅰ．工業(yè)煉鐵（1）工業(yè)煉鐵的主要設備為。（2）上述設備中焦炭的作用，。Ⅱ．實驗室模擬煉鐵（3）實驗室模擬煉鐵的裝置如圖所示。①反應前先通一氧化碳的目的。②硬質(zhì)玻璃管內(nèi)發(fā)生反應的化學方程式為。③該裝置的缺陷是。（4）小華同學查閱資料得知：鐵的氧化物除氧化鐵外，其余均為黑色；而且除了鐵能夠被磁鐵吸引外，四氧化三鐵也能夠被磁鐵吸引；鐵的氧化物均能和稀硫酸或稀鹽酸反應生成相應的鐵的化合物和水，沒有氣體生成；氧化鐵轉化為鐵的具體過程是：Fe2O3Fe3O4FeOFe①小華認為：用磁鐵來檢驗反應后生成了鐵是不夠科學的，他的依據(jù)是。②小華同學為了驗證黑色的生成物中含有鐵，他取少量黑色生成物樣品于試管中，加入，如果觀察到有產(chǎn)生，則生成物中一定有鐵。1、工業(yè)上煉鐵的原理是利用一氧化碳和氧化鐵反應。某化學興趣小組利用如圖微型裝置進行一氧化碳和氧化鐵反應的實驗。下列說法錯誤的是（）A．實驗時應先點燃酒精噴燈，后將注射器內(nèi)的一氧化碳推入硬質(zhì)玻璃管中B．實驗過程中觀察到紅棕色固體逐漸變黑C．實驗中觀察到濾紙條變紅，說明有二氧化碳生成D．氣球的主要作用是防止尾氣逸出而污染空氣2、某種鐵的氧化物X與足量的CO充分反應，生成的氣體被足量的澄清石灰水充分吸收，生成沉淀的質(zhì)量與x的質(zhì)量比為15：8，則X的成分可能是（）A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．FeO與Fe2O33、工業(yè)上把鐵礦石、焦炭和石灰石一起投放高爐內(nèi)，從下方通入熱空氣，最后得到生鐵。下列說法中正確的是（）A．礦石中含鐵就可用作煉鐵原料 B．焦炭只起為反應提供還原劑作用C．所得生鐵的含碳量在2%~4.3%之間 D．高爐氣體主要含有一氧化碳和二氧化碳4、將CO和鐵的氧化物FexOy置于密閉容器中，一定條件下充分反應至完全，反應過程中容器內(nèi)部分物質(zhì)的質(zhì)量變化如圖所示。下列說法正確的是（）B．鐵的氧化物中x：y=1：1C．參加反應的鐵的氧化物的質(zhì)量為16gD．當CO25、利用甲酸（HCOOH）與濃硫酸制備CO，并用如下實驗裝置驗證CO的有關性質(zhì)。已知：，下列說法不正確的是A．操作時，先點燃乙處酒精燈，再滴加HCOOHB．裝置丙的作用是防止倒吸C．裝置丁既可檢驗CO2，又可收集COD．隨著反應進行，濃硫酸濃度降低，產(chǎn)生CO氣體速率減小6、下圖為實驗室利用一氧化碳還原氧化鐵的裝置圖。請回答下列問題：

（1）請寫出一氧化碳還原氧化鐵的化學反應方程式，硬質(zhì)玻璃管里的現(xiàn)象為，產(chǎn)物二氧化碳可以使澄清石灰水變渾濁，請寫出該反應的化學反應方程式。

（2）尾氣需要用酒精燈點燃的原因。7、生鐵用途十分廣泛。工業(yè)上利用赤鐵礦主要成分是，還含少量等雜質(zhì)冶煉生鐵的過程如圖：（1）生鐵屬于材料“合成”或“金屬”?！案郀t氣體”中的填化學式會導致酸雨。（2）冶煉生鐵的主要反應的化學方程式有：；；。8、在科學實驗操作技能大賽中，小華同學用所學的科學知識迅速搭建了一套“模擬煉鐵”的冶煉裝置（鐵礦石的主要成分為Fe2O3）（1）為確保制得較純凈的CO，還需在C、D間加裝盛放（選填“堿石灰”或“氫氧化鈉溶液”）的裝置；（2）裝置調(diào)整好以后，按照規(guī)范步驟進行實驗，當觀察到D裝置出現(xiàn)：鐵礦石顏色發(fā)生變化或時，證明鐵礦石一定有部分被還原了。（3）實驗結束時，在拆卸裝置前得進行以下操作：先熄滅C、D中的酒精噴燈，待裝置冷卻后再停止滴加稀鹽酸。目的是。（4）從提高能源利用率的角度出發(fā)，對E裝置中排出的尾氣應如何處理？。9、鐵礦石是鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的重要原材料，通常赤鐵礦中鐵含量高達50%﹣60%．現(xiàn)有一塊鐵礦石是紅色的，同學們猜測巖石中可能含有氧化鐵，為了驗證猜想并測定其含鐵量，在老師的指導下進行了以下研究：（查閱資料）①赤鐵礦的主要成分是Fe2O3．其他成分不含鐵元素且不能與酸反應。②一定溫度下，CH4可將Fe2O3還原為單質(zhì)鐵，若溫度控制不當，還可生成少量的Fe3O4。③單質(zhì)鐵和Fe3O4均能被磁鐵吸引。（實驗探究）(1)小明利用A裝置進行試驗時，連接好裝置，檢查裝置氣密性后的第一步操作是。(2)小明將A裝置中得到的固體經(jīng)過水洗、過濾、干燥處理后，再通過B裝置進行試驗，得出了巖石中含有氧化鐵的結論，在此實驗中能支持此結論的證據(jù)是。(3)計算巖石中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)，需要測量的量有。若B裝置的固體含有一定量的Fe3O4，則會導致測得的巖石中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)比實際含量(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。(4)請你利用處理后的固體，CuSO4溶液、磁鐵等試劑及用品，結合資料所給信息，設計實驗證明其中是否含有Fe3O4。10、銅及其化合物在生產(chǎn)生活中有重要應用。某同學對銅及某些含銅物質(zhì)進行探究。[溫故如新]（1）在①CuO②Cu（OH）2③CuCl2④Cu2（OH）2CO3[也可表示為CuCO3·Cu（OH）2]這4種物質(zhì)中，屬于堿的有（填序號）：除①CuO外，其余3種物質(zhì)在常溫下易溶于水有（填序號）。（2）考古出土的春秋末期制造的青銅劍，歷經(jīng)2500余年，其表面且有一層薄銹，但仍寒光逼人，劍刃鋒利。由此可知，青銅具有的特性有任寫一條）。銅器表面的薄銹是銅與空氣中的氧氣、水、等物質(zhì)發(fā)生反應所形成。[提出問題]除H2、CO能還原CuO外，是否還有其他氣體能夠還原CuO得到金屬銅？怎樣從含CuCl2、FeCl3的某工業(yè)廢液中回收金屬銅和FeCl2溶液？[查閱資料]a、通常狀況下，氨氣極易溶于水形成溶液；加熱時，氨氣能與CuO反應生成氮氣和金屬銅等，可用如圖所示裝置驗證。b、在溶液中能發(fā)生反應2FeCl3+Fe=3FeCl2[進行實驗1]（3）按圖示連接裝置，檢查氣密性后，加（通）入相關藥品，后續(xù)操作均按規(guī)范要求進行，完成實驗。①將CuO粉末裝入玻璃管A中的具體操作方法是。②實驗時，在試管B中能夠觀察到的現(xiàn)象是有液體出現(xiàn)，該液體是（填“純凈物”或“混合物”）。③從環(huán)保角度看該裝置的不足之處是。[進行實驗2]（4）取適量含CuCl2、FeCl3的某工業(yè)廢液樣品，向其中加入過量鐵粉并充分反應后，過濾，將濾渣和足量（填“稀鹽酸”或“稀硫酸"）充分反應，再（填操作名稱）、洗滌、干燥即可回收