1、第第八八单元单元 金属和金属材料金属和金属材料 课题课题 3 金属资源的利用和保护金属资源的利用和保护 一、一、铁的冶炼铁的冶炼 1金属资源的存在形式 大多数金属资源以_的形式存在，少数如_等以单质的形式存在。 (新疆发现的狗头金) 自然界存在的银 2地壳中含量位于前五位的金属元素：_。 3几种常见的矿石 以化合物形式存在的金属在自然界中以矿物形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。 (1)铁矿石：赤铁矿(主要成分是_)、黄铁矿(主要成分是_)、菱铁矿(主要成分是_ _)、磁铁矿(主要成分是_)。 (2)铝矿石：铝土矿(主要成分是_)。 (3)铜矿石：黄铜矿(主要成分是_)、辉铜矿(主要成分是_)。
2、 4一氧化碳还原氧化铁实验 （1）实验现象及发生反应的化学方程式 玻璃管内 试管内 酒精灯处 现象 固体由_色变 为_色 澄清石灰水_ 气体燃烧，产生_色火焰 化学方程式 _ _ _ (2)实验步骤与注意事项 实验开始时，先_，再_。这样做的目的是_ _。 实验结束时，要先_，再_，原因是_ _。 装置右端导管处放置一只燃着的酒精灯的作用是_。 尾气的处理：因 CO 有毒，不能随意排入到空气中，处理的原则是_ _。 5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：A 区发生反应的化学方程式为_；A 区发生 反应的化学方程式为_。 【温馨提示】 (1)焦
3、炭的作用：一是生成还原剂一氧化碳，二是提高高炉的_。 (2)石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去。 (3)高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有_、P、S 等元素。 二、二、含杂质的反应物或生成物的有关计算含杂质的反应物或生成物的有关计算 当参加反应的物质含杂质时，先要把含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量，再进行计算。 一般利用该公式及其变形：%100 不纯物质的总质量 纯物质的质量 纯度。 【例题】1000 t 含氧化铁 80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁 96%的生铁的质量是多少？ 【解】设理论上可以炼出含铁 96%的生铁的质量为 x。(x 不是纯物质的质量，不能
4、直接代入计算) 1000 t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为：800t80%1000t 232 Fe O3CO2Fe3CO 160 112 1000t80% _ 高温 160 _ 112 _583tx 答：800 t 氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为 583 t。 一、1化合物 金、银 2铝、铁、钙、钠、钾 3(1)Fe2O3 FeS2 FeCO3 Fe3O4 (2)Al2O3 (3)CuFeS2 Cu2S 4(1)红棕 黑 变浑浊 蓝 Fe2O33CO2Fe3CO2 Ca(OH)2CO2CaCO3H2O 2COO22CO2 (2)通一氧化碳 加热 排尽装置内的空气，防止形成一氧化碳与空气的混合气
5、体，在加热时 爆炸 停止加热 停止通 CO 防止生成的铁又被氧化 尾气处理 将 CO 燃烧转化为无毒的 CO2或收集备用 5(3)Fe2O33CO2Fe3CO2 CO2CO2、CCO22CO 【温馨提示】(1)温度 (2)C 二、96%x 800t 96%x 112800t 16096% 一、一、金属冶炼的难易金属冶炼的难易 金属冶炼的难易与金属的活动性强弱有关，金属的活动性越强，越难冶炼；金属活动性越弱，越容易冶炼。 如：人类利用金属铜的历史最久远，铁次之，铝在地壳中的含量虽然是最多的，但铝的利用才一百多年的 历史，其主要原因是铝的金属活动性强，冶炼难度较高。铜的金属活动性弱，比较容易冶炼，
6、所以铜的利 用较早。 二二、含杂质物质的计算含杂质物质的计算 1原理原理 化学方程式所表达的物质间质量关系都是参加反应的纯净物间的关系。当参与反应或生成的是含杂质的物 质时，要换算成纯净物的量，在进行计算。 2公式公式 (1)混合物中某物质的质量分数=100 =1 该物质的质量 杂质的质量分数 混合物的总质量 。 (2)纯物质的质量=混合物的总质量该物质的质量分数。 (3)混合物的总质量= 某物质的质量 该物质的质量分数（纯度） 。 3计算步骤计算步骤 (1)将含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量。 (2)将纯物质的质量代入化学方程式进行计算。 (3)将计算得到的纯物质的质量换算成含杂质物质的
7、质量。 典例典例 为测定某赤铁矿石中氧化铁的质量分数，小龙和他的同学用足量的一氧化碳与 10 g 赤铁矿石样品充 分反应(杂质不参与反应)，并将生成的气体用一定量的氢氧化钠溶液完全吸收，该溶液总质量与反应时间的 变化关系如图： (1)上述反应产生二氧化碳的质量为_g。 (2)计算该赤铁矿石中氧化铁的质量分数。 【答案】(1)6.6 (2)80% 【解析】(1)二氧化碳能被氢氧化钠溶液吸收，故溶液的增重值即为二氧化碳的质量，由图像知，反应产生 二氧化碳的质量为 106.6 g100.0 g =6.6 g。 (2)设赤铁矿石中氧化铁的质量为 x， 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 160 3 4
8、4 x 6.6 g 160 x=(3 44) 6.6 g 解得：x=8 g 所以样品中氧化铁的质量分数为：(8 g 10 g) 100%=80%。 1下列物质的颜色不是黑色的是 AFe2O3 BFe3O4 CMnO2 DCuO 2钢铁冶金行业正向“绿色企业”发展，从环保角度分析最不宜炼铁的是 A赤铁矿(Fe2O3) B磁铁矿(Fe3O4) C黄铁矿(FeS2) D菱铁矿(FeCO3) 3下列是 4 种矿石(括号中为主要成分)，其主要成分属于单质的是 A铝土矿 B金矿 C 白钨矿 D 辉铜矿 4下列关于金属的说法中，正确的是 A大多数金属在自然界中以单质形式存在 B钢属于合金，生铁不属于合金 C
9、铝土矿的主要成分是 Al2O3 D电线一般用铜制而不是银制，是因为铜的导电性比银好 5(2019深圳)CuO 粉末与 H2在加热条件下会发生反应。下列说法错误的是 A反应所需 H2可由 Cu 与稀 H2SO4反应制得 B反应过程可观察到固体粉末由黑色变成红色 C发生的反应为 CuO+H2Cu+H2O D该反应说明 H2具有还原性 6实验室利用如图装置进行实验。有关实验操作说法正确的是 A甲、丙两处的澄清石灰水的作用是相同的 B先点燃乙处酒精灯，再通入 CO 反应 C丁处酒精灯在通入 CO 前应先点燃，防止 CO 污染 D乙处固体几乎全变红后，继续通入 CO 只是为了防止倒吸 7工业用赤铁矿炼铁
10、，相关说法正确的是 A赤铁矿的主要成分是 Fe3O4 B高炉中焦炭的作用只是利用其燃烧提供热量 C产品生铁的含碳量比钢小 D石灰石主要作用是将矿石中的二氧化硅转变成炉渣 8(2019湘潭)钢铁厂会利用焦炭产生的还原性气体来炼铁，某同学用此原理按如图装置进行实验。下列 说法正确的是 A该实验不需要增加尾气处理装置 B该实验应先通入一段时间的 CO 验纯后再加热 CNaOH 溶液可以检验气体产物 D反应结束后，含有未反应的 Fe2O3固体，可以采用加入盐酸的方法来提纯铁 9用 100 t 含氧化铁 80%的赤铁矿石，可炼出铁的质量 A14 t B20 t C56 t D80 t 10小明笔记中有一
11、处错误，你认为是图中的哪一处 Aa 处 Bb 处 Cc 处 Dd 处 11(2019淮安)2019 年底，徐宿淮盐铁路将建成通车，淮安人可实现高铁出行。 (1)高铁在建造时使用了大量的新材料，下列属于金属材料的是_(填序号)。 A生产高铁车头的玻璃钢 B制造高铁车身的镁铝合金 C制造轨道枕木的聚氨酯材料 D建筑高铁路基的钢筋混凝土 (2)高铁刹车制动盘使用合金锻钢制作，主要利用该合金耐高温、_等特性。 (3)在高铁站的建设中，使用了大量的钢铁。 工业上用赤铁矿(主要成分是氧化铁)和一氧化碳反应冶炼铁， 该反应的化学方程式为_。 (4)高铁轨道焊接时，可用铝热反应：2Al+Fe2O32Fe+Al
12、2O3，该反应的基本类型是_。 12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：Fe2O3+3CO2Fe+3CO，Fe2O3+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：_ _
13、。 13(2019福建)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 Fe2O3)炼铁，反应原理为 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2若该厂日产含铁 1.4104 t 的生铁，至少需要含 Fe2O3 80%的赤铁矿的质量是多少？(要求写出计算过程) 1 【答案】A 【解析】Fe3O4 、MnO2、CuO 都是黑色固体，Fe2O3是红棕色固体，故选 A。 2 【答案】C 【解析】黄铁矿是铁的二硫化物，纯黄铁矿中含有 46.67%的铁和 53.33%的硫，会产生大量的二氧化硫污 染空气，一般将黄铁矿作为生产硫磺和硫酸的原料，而不是用作提炼铁的原
14、料。故选 C。 3 【答案】B 【解析】A、铝土矿主要成分是氧化铝，由两种元素组成，属于化合物，不符合题意；B、金矿是主要成 分是金，由一种元素组成，属于单质，符合题意；C、白钨矿主要成分是 CaWO4，由三种元素组成，属 于化合物，不符合题意；D、辉铜矿主要成分是 Cu2S，由两种元素组成，属于化合物，不符合题意。故 选 B。 4 【答案】C 【解析】A、大多数金属在自然界中以化合物形式存在，只有少数金属(例如金、银)以单质形式存在，错 误；B、钢和生铁都属于铁合金，错误；C、铝土矿的主要成分是 Al2O3，正确；D、电线一般用铜制而 不是银制，是因为银的价格较贵，错误。故选 C。 5 【答
15、案】A 【解析】A、Cu 与稀 H2SO4不反应，故选项说法错误；B、氢气具有还原性，能与氧化铜反应生成铜和水， 可观察到固体粉末由黑色变成红色，故选项说法正确；C、发生的反应为 CuO+H2Cu+H2O，故选 项说法正确；D、氢气能与氧化铜反应生成铜和水，氢气夺取了氧化铜中的氧，具有还原性，故选项说 法正确。故选 A。 6 【答案】C 【解析】A、甲处的澄清石灰水验证混合气体中是否含有二氧化碳，乙处的石灰水的作用是验证生成物中 是否含有二氧化碳，故选项说法错误；B、先通入 CO，再点燃乙处酒精灯，排尽装置内的空气，防止发 生爆炸，故选项说法错误；C、丁处酒精灯在通入 CO 前应先点燃，防止
16、CO 污染，故选项说法正确；D、 乙处固体几乎全变红后， 继续通入 CO， 目的之一是防止生成的铜再次被氧化， 故选项说法错误。 故选 C。 7 【答案】D 【解析】A、赤铁矿的主要成分是 Fe2O3，故错误；B、高炉炼铁中焦炭的作用是提供热量和得到还原剂 一氧化碳，故说法错误；C、生铁的含碳量比钢高，故错误；D、石灰石主要作用是将矿石中的二氧化硅 转变成炉渣，正确。故选 D。 8 【答案】B 【解析】A、一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，装置末端处需要添加尾气处理装置，故选项 错误；B、因为一氧化碳具有可燃性，如果玻璃管中有空气，在加热的情况下可能引起爆炸，故实验开 始要先通入一氧化
17、碳至空气排完，再加热药品，故选项正确；C、氢氧化钠溶液与二氧化碳反应生成碳 酸钠和水，能够吸收但因为没有明显现象，不能检验二氧化碳，故选项错误；铁和氧化铁均能与盐酸反 应，故不能用盐酸提纯铁，选项错误。故选 B。 9 【答案】C 【解析】根据质量守恒定律，反应前后铁元素的质量不变；则 100 t 含氧化铁 80%的赤铁矿石，可炼出铁 的质量为 56 2 100t 80%100%=56t 56 2+16 3 ，故选 C。 10 【答案】B 【解析】A、氧化铁是赤铁矿的主要成分，正确；B、失氧的过程为还原反应，得氧的过程为氧化反应， 一氧化碳发生的是氧化反应，错误；C、一氧化碳和氧化铁的反应条件是
18、高温，正确；D、一种单质和 一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应，一氧化碳和氧化铁都是化合物，二者 的反应不是置换反应，正确。故选 B。 11 【答案】(1)B (2)耐磨 (3)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 (4)置换 【解析】(1)A生产高铁车头的玻璃钢是复合材料；B制造高铁车身的镁铝合金属于金属材料；C制 造轨道枕木的聚氨酯材料属于有机合成材料；D建筑高铁路基的钢筋混凝土属于复合材料。故选 B。 (2)高铁刹车制动盘使用合金锻钢制作，刹车需要摩擦，说明该合金具有良好的耐磨性。 (3)工业上用赤铁矿(主要成分是氧化铁)和一氧化碳反应冶炼铁，该反应的化学方程式为 Fe
19、2O3+3CO 2Fe+3CO2。 (4)高铁轨道焊接时，可用铝热反应：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3，该反应是一种单质和一种化合物生成 另一种单质和另一种化合物的反应，基本类型是置换反应。 12 【答案】(1) (2)增大反应接触面积，加快反应速率 (3)N2 +4 (4)使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中碳含量 延展 (5)Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O 【解析】(1)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的反应叫置换反应。故选；高 炉炼铁是利用一氧化碳还原氧化铁，故选。(2)炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是增大反应物的 接触面积，加快反应速
20、率。(3)空气的主要成分是氮气和氧气，但氮气不参与炼铁的反应。故热空气和 高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是 N2；CaSiO3中 Ca 显+2 价，O 显-2 价，则 Si 的化合价为 0-(-2) 3-(+2)=+4。(4)生铁中含有较多的碳，碳与氧气能反应生成二氧化碳。故炼钢炉中， 通入纯氧的目的是使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中碳含量；将钢锭轧成钢板，体现了金属 的延展性。(5)硫酸与氧化铁反应生成硫酸铁和水。化学方程式为 Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O。 13 【答案】设需要含 Fe2O3 80%的赤铁矿的质量是 x。 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 160 112 80%x 1.4104t 4 112 801.4 6 1t 0 0 1 x x2.5104 t 答：需要含 Fe2O3 80%的赤铁矿的质量是 2.5104 t。