第2节 金属矿物 铁的冶炼
一、选择题
1.人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品的主要材质在自然界以单质的形式存在的是（ ）
A.青铜器
B.铸铁宝剑
C.黄金首饰
D.铝制器具
2.利用如图所示实验装置模拟工业炼铁。下列说法不正确的是（ ）
A.实验时应先通CO再点燃酒精灯
B.充分加热，a处固体由黑色变为红色
C.b处可用澄清石灰水检验生成的
D.可用点燃的方法进行尾气处理
3.如图所示是工业炼铁高炉的示意图，下列说法正确的是（ ）
A.焦炭的作用是提供热量、产生还原剂CO
B.铁矿石用于炼铁是因为其中含有大量的单质铁
C.B区主要的反应是碳燃烧生成二氧化碳
D.产生的废气无需处理，因为它不会污染空气
4.炼铁厂以赤铁矿石、焦炭、石灰石、空气等为主要原料炼铁，主要反应过程如下：
下列说法错误的是（ ）
A.生铁属于混合物
B.反应①是置换反应，②、③属于化合反应
C.原料中焦炭的作用是提供热量和产生一氧化碳
D.工业炼铁的主要设备是高炉
5.我国是世界上冶铁技术发展最早的国家之一。绿色环保、提高炼铁的产率，已成为炼铁工艺发展的首要标准。某钢铁厂用赤铁矿炼制生铁，若要生产出含纯铁96%的生铁560 t，需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为（ ）
A.800 t
B.921.6 t
C.960 t
D.1000 t
二、计算题
6.改革开放以来，我国钢铁工业飞速发展，近年来钢铁产量已稳居世界首位。某钢铁厂采用赤铁矿（主要成分为）炼铁，反应原理为。若该厂日产含铁生铁，至少需要含的赤铁矿的质量是多少？（要求写出计算过程）
三、综合题
7.《千里江山图》是北宋王希孟创作的绢本设色画，其颜料选用各色天然矿石，描绘了祖国的锦绣河山。一些矿石的主要成分及颜色如下表所示。
矿石 蓝铜矿 孔雀石 雌黄 赭石
主要成分
颜色 蓝色 绿色 黄色 暗棕红色
（1）四种矿石的主要成分中，属于氧化物的是_______。
（2）蓝铜矿和孔雀石的主要成分在组成上具有的相同点是_______。
8.我国炼铁始于春秋时代，随后炼铁规模和技术不断发展。近年来，我国钢铁工业持续快速发展，联合钢铁工业的基本生产流程如图所示。
请回答下列问题：
（1）写出高炉中以赤铁矿（主要成分是）为原料炼铁的化学方程式：_______。
（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是_______；焦炭在炼铁过程中的主要作用是_______。
（3）工业炼钢时，用纯氧的目的是_______，与纯铁相比，钢坯_______（填字母）。
a.熔点变高 b.硬度变大 c.抗腐蚀性增强
9.金属镍可用于制造货币、不锈钢等。粗制氧化镍主要含氧化镍（NiO），以及少量氧化钴（CoO）和氧化铁，以粗制氧化镍为原料制备纯镍的流程如下：
（1）反应①中，反应物X可能是_______。
（2）石灰浆是氢氧化钙的悬浊液，试写出反应②中发生的主要反应的化学方程式：______________。
（3）操作安全说明中要求反应③开始前“用氮气充分吹扫设备内部”的目的是_______。
（4）由下表推知：从、和的混合物中用蒸馏的方法提取应选择的温度（T）范围是_______。
物质
沸点/℃ 43 106 52
（5）在生产流程中循环使用CO的目的是______________。
四、实验探究题
10.小金利用图示装置进行“一氧化碳还原氧化铁”及产物检验的实验。实验步骤如下：
步骤1：连接装置并检查装置的气密性，在确保装置气密性良好的基础上，按图示在各装置中添加药品；
步骤2：缓慢推注射器活塞，利用甲酸（一种无色溶液，溶质为HCOOH）与浓硫酸在80℃水浴的条件下制备氧化碳；
步骤3：待万用瓶中澄清石灰水下降至安全线以下后再点燃酒精灯，当W型管右侧弯管处的氧化铁全部变为黑色时，继续加热2分钟后熄灭酒精灯；
步骤4：撤去酒精灯和盛热水的烧杯，用磁铁吸引黑色物质至W型管左侧弯管处进行固体产物的检验。
（1）进行气密性检查时，可在万用瓶中盛适量水，然后推注射器活塞，当观察到_______（填写现象），说明装置气密性良好。
（2）点燃酒精灯前，需要“待万用瓶中澄清石灰水下降至安全线以下”的原因是__________________________________________。
（3）步骤3后，W型管左侧弯管处为反应后得到的稀硫酸，若固体产物全部是铁，步骤4中能观察到的现象是_______。
11.在实验室里，常用CO与氧化铁的反应模拟炼铁，装置如图所示。请回答下列问题：
图1
（1）玻璃管中发生反应的化学方程式是_______。
（2）实验中，玻璃管内红棕色的固体逐渐变为_______色，澄清石灰水变_______。
（3）处理尾气常用_______（填“燃烧”或“直接排入空气”）法，有关的化学方程式是_______。
（4）下列对该实验的叙述，不正确的是（ ）。
A.实验开始，必须先通一会儿CO
B.实验结束，要先熄灭酒精喷灯
C.检验反应的固体产物，可以使用稀盐酸或硫酸铜溶液
D.本实验中通入8.4 g的CO，能生成11.2 g的铁
（5）按如图1所示装置进行模拟炼铁时，难以及时知道玻璃管内的空气是否排尽，这样在加热时就容易发生爆炸事故。化学兴趣小组在老师的指导下，设计出如图2所示的装置。
图2
知长柄Ⅴ型玻璃管属于微型仪器，其容积约是20 mL。实验开始，通过注射器向长柄V型玻璃管里缓缓通入_______mL CO，就能基本上排尽玻璃管内的空气。
②图2所示装置与图1所示装置相比，优点很多，请你写出其中的1点：______________。
参考答案
一、选择题
1.答案：C
解析：自然界中除金、银等极少数不活泼的金属以单质的形式存在外，其余金属大多数以化合物的形式存在。所以题给四种物品中只有黄金首饰的主要材质在自然界以单质的形式存在。
2.答案：B
解析：实验开始应先通入一氧化碳，排尽装置内的空气后，再点燃酒精灯加热；在高温条件下一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，实验进行一段时间后，a处的红棕色粉末逐渐变黑；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，b处可用澄清石灰水检验生成的二氧化碳；一氧化碳具有可燃性，可以用点燃的方法进行尾气处理。
3.答案：A
解析：焦炭完全燃烧放出大量的热，在高温的条件下，碳与二氧化碳反应生成一氧化碳，所以焦炭的作用是提供热量和产生还原剂一氧化碳；铁矿石中不含单质铁；B区的主要反应是二氧化碳与碳反应生成一氧化碳；炼铁后产生的废气中含有一氧化碳等有害物质，直接排放到空气中会造成空气污染，所以要处理后再排放。
4.答案：B
解析：生铁是铁合金，属于混合物，A说法正确。反应①为碳和氧气反应生成二氧化碳，该反应属于化合反应；反应②为碳和二氧化碳反应生成一氧化碳，该反应属于化合反应；反应③为一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，该反应不属于化合反应，B说法错误。原料中焦炭的作用是提供热量和产生一氧化碳，C说法正确。工业炼铁的主要设备是高炉，D说法正确。
5.答案：C
解析：设需要含氧化铁80%的赤铁矿的质量为x
二、计算题
6.答案：设需要含的赤铁矿的质量是x。
答：需要含的赤铁矿的质量是。
解析：根据一氧化碳还原氧化铁的化学方程式，由铁的质量可以计算出所需赤铁矿的质量。
三、综合题
7.答案：（1）
（2）都由铜、氧、碳、氢四种元素组成（合理即可）
解析：（1）由两种元素组成，且其中一种元素是氧元素的化合物，属于氧化物，四种矿石中，只有赭石的主要成分属于氧化物。（2）蓝铜矿和孔雀石的主要成分都是由铜、氧、碳、氢四种元素组成的。
8.答案：（1）
（2）增大反应物间的接触面积，使反应更快、更充分 提供热量，产生还原剂一氧化碳
（3）与生铁中的碳反应，降低含碳量 bc
解析：（1）氧化铁与一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳。（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是增大反应物间的接触面积，使反应更快、更充分；焦炭在炼铁过程中的主要作用是提供热量，产生还原剂一氧化碳。 （3）工业炼钢时，用纯氧的目的是与生铁中的碳反应，降低含碳量；与纯铁相比，钢坯硬度变大、抗腐蚀性增强。
9.答案：（1）碳（或C）
（2）
（3）排尽装置内原有的空气（或防止爆炸）
（4）
（5）防止CO污染环境（或充分利用CO）
解析：（1）在高温的条件下，二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，反应①中，反应物X可能是碳。（2）由工艺流程图可知，反应②中发生的主要反应是二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水。（3）反应③中有氢气参加反应，因为氢气具有可燃性，不纯时加热或点燃可能会发生爆炸，所以反应③开始前应排尽装置内原有的空气，防止发生爆炸。（5）一氧化碳是一种有毒气体，直接排放会造成环境污染，在该生产流程中循环使用可以充分利用一氧化碳。
四、实验探究题
10.答案：（1）万用瓶中的水进入导管并形成一段稳定的水柱
（2）排尽W型管内的空气，防止点燃酒精灯进行加热时发生爆炸
（3）有气泡产生，固体溶解，溶液变成浅绿色
解析：（1）可利用装置内外的压强差检验装置的气密性，当观察到万用瓶中的水进入导管并形成一段稳定的水柱，说明装置气密性良好。（2）一氧化碳具有可燃性，和空气混合，加热时可能发生爆炸，点燃酒精灯前，需要排尽W型管内的空气，防止发生爆炸。（3）铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，所以步骤4中能观察到的现象是有气泡产生，固体溶解，溶液变成浅绿色。
11.答案：（1）
（2）黑 浑浊
（3）燃烧
（4）D
（5）①20 ②提高了安全性（合理即可）
解析：（1）在高温条件下，一氧化碳能将氧化铁还原为铁，同时生成氧化碳。（2）氧化铁是红棕色粉末，在高温条件下被一氧化碳还原为铁，颜色变为黑色；生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。（3）CO具有可燃性，所以处理CO通常采用燃烧法。（4）实验开始，必须先通一会儿CO，防止一氧化碳与玻璃管中的空气混合受热发生爆炸；实验结束，要先熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直至玻璃管冷却，防止铁被氧化；反应的固体产物是铁，可以使用稀盐酸或硫酸铜溶液检验；本实验中通入的CO未完全参加反应，所以通入8.4 g CO生成铁的质量小于11.2 g。（5）①实验开始为防止一氧化碳与空气混合发生爆炸，要将装置内的空气排尽，长柄Ⅴ型玻璃管的容积约为20 mL，所以通入一氧化碳的体积为20 mL；②改进后的实验装置安全性能更高。
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