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江苏省南京市中考化学课堂同步练习——金属的冶炼


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江苏省南京市中考化学课堂同步练习
一、金属在自然界中的存在 在地壳和海洋中存在着大量的金属资源, 大多数金属以化合物的形式存在, 极少数金属 如金、银等以单质的形式存在。地壳中含量最多的金属元素是铝,其次是铁、钙、钠、钾、 镁等(如下图所示) 。

工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。 常见的矿石有:

状元笔记 含有铁元素的矿石都可以经过冶炼得到铁, 但实际生产中还要考虑矿石中铁元素的含量 以及在生产过程中是否产生污染性气体等。 如黄铁矿会产生有毒的 SO2, 故一般不用来炼铁。 二、铁的冶炼 1.炼铁的原理 炼铁的原理是利用一氧化碳与氧化铁反应, 把铁还原出来。 下面的实验就是模拟炼铁的 原理。 模拟炼铁的实验装置如下图:

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实验步骤: ①检查装置的气密性; ②在硬质玻璃管中,放入少量氧化铁粉末; ③向玻璃管中通入 CO 气体; ④给氧化铁加热; ⑤当试管内红色粉末变为黑色时停止加热; ⑥待试管冷却后停止通 CO。 ⑦实验现象:红色粉末逐渐变为黑色,澄清的石灰水变浑浊,尾气燃烧产生蓝色火焰。 状元笔记 为了保证实验效果,实验的先后顺序很重要。可总结为:一氧化碳“早来晚走”,酒精灯 “迟到早退”。 有关化学方程式: 大玻璃管中:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2

试管中:CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O 尾气处理:2CO+O2 2CO2

注意事项: ①加热前要先通 CO, 目的是排出装置内的空气, 以免加热时 CO 与空气混合发生爆炸; ②实验完毕要继续通 CO, 防止生成的铁在较高温度下, 重新被氧化; (可概括为 CO“早 来晚走”) ③多余的 CO 要燃烧掉,防止 CO 污染空气。 思考:上面的实验如何改进可以达到节约能源的目的? 分析:尾气中的 CO 是一种很好的燃料,如果在实验过程中,将尾气导管加长伸到给氧 化铁加热的酒精喷灯的火焰上,这样既处理了尾气又充分利用了 CO 燃烧产生的热量,达到 了节约能源的目的。 状元笔记 凡是有 CO 参加或 CO 生成的实验,一定要有尾气处理装置,否则没有反应的 CO 会排 放到空气中,污染空气。一般用燃烧的方法将其变为无毒的 CO2,也可以用气球收集起来再 利用。 【示例】下图是某同学设计的 CO 还原 Fe2O3 的实验装置。

(1)指出该装置的不足之处:_________________,如何改进_____________________。

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(2) 氧化铁变为单质铁反应的化学方程式为_____________________; 石灰水的作用是 ________________________, 有关反应的化学方程式为_______________________________。 解析: 该实验最明显的不足是没有尾气处理装置。 只要有 CO 参加或有 CO 生成的实验, 解析: 一定要有尾气处理装置。 答案 (1)没有尾气处理装置 将石灰水装在试管(或广口瓶)内,塞上双孔塞,导出的气体 在酒精灯的火焰上燃烧掉 (2) 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 检验反应是否发生 CO2+Ca (OH) ====CaCO3↓+H2O 2

2.工业炼铁的过程 工业炼铁是一个复杂的过程:

(1)主要设备:高炉(如上图) 。 (2)原料:铁矿石、焦炭、石灰石。 (3)方法及原理:利用上述 CO 还原 Fe2O3 的原理,将原料按一定比例加入高炉,从 炉下通入热风,使焦炭燃烧产生 CO2,CO2 再与炽热的碳反应生成 CO,再将铁矿石中的铁 还原出来。石灰石的作用是使铁矿石中的杂质(如二氧化硅)转变为炉渣而除去。 (4)高炉内发生的主要反应: ①焦炭燃烧:C+O2 CO2

②二氧化碳与焦炭反应产生还原剂 CO: CO2+C 2CO

③CO 将铁的氧化物还原为单质铁: Fe2O3+3CO Fe+3CO2 或 Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2 ) B.2CO+O2 D.Fe2O3+3CO 2CO2 2Fe+3CO2

【示例】下列反应不是在炼铁高炉内发生的是( A.C+O2 C.2C+O2 CO2 2CO

解析: 解析:碳在氧气不充足的条件下燃烧生成 CO,炼铁时从高炉下部通入充足的空气,因 而不会生成大量 CO。

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答案: 答案:C 状元笔记 在炼铁过程中,焦炭的作用有两个:一是作燃料,提供高温;二是提供还原剂 CO。用 CO 作还原剂比直接用焦炭作还原剂效果好,得到生铁的纯度高。 3.关于炼铁的计算 在炼铁的过程中所用的原料和产品都是不纯物,在计算用料和产量时要考虑杂质的含 量。在根据化学方程式计算时,要将不纯物换算成纯净物才能应用物质之间的质量比。因为 化学方程式所表达的都是纯净物之间的质量关系。 【示例】1 000 t 含氧化铁 80%的赤铁矿中最多可以炼出含铁 96%的生铁多少吨? 解析: 解答这类题目, 一定要注意题目告诉的已知量和要求的未知量以及不纯物与纯净 解析: 物之间的换算。 原料:赤铁矿(混合物)→氧化铁(纯净物) 产品:生铁(混合物)→纯铁(纯净物) 本题的已知量是原料,待求量是产品。

纯度 =

纯物质的质量 × 100% 不纯物的质量

则纯净物的质量=不纯物的质量×纯度 1 000 t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为 1 000 t×80%=800 t 设 800 t 氧化铁理论上可以炼出铁的质量为 x,则 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2

160 112 800 t x x=560 t 折合为含铁 96%的生铁的质量为 560 t÷96%=583 t 答案 583 t 三、金属资源保护 金属资源是有限的,而且不可再生。但每年因生锈而浪费了大量的金属,那么如何防止 金属生锈呢?首先我们要明确金属生锈的原因。 1.铁锈蚀的原因 活动与探究:铁生锈的条件 实验 步骤 铁钉一半在空气中,一半在水中 实验 1 铁钉生锈,且水与空气的 界面处生锈最严重 现象

实验 2

铁钉完全浸没在蒸馏水中, 上面盖一层植物油

铁钉没有生锈

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铁钉放在干燥的空气中 实验 3

铁钉没有生锈

结论: 结论:通过上面的实验可以看出:铁在与水和空气同时接触的条件下易生锈。 解释: 铁生锈其实是铁与空气中的氧气和水等物质发生的一系列复杂的化学反应, 铁锈 解释: 的成分很复杂,主要是 Fe2O3·xH2O。铁锈很疏松,不能阻碍里层的铁继续与氧气、水等反 应,因而铁制品可以完全被锈蚀。 生活中我们还发现这样的现象: 切过咸菜或西红柿的菜刀特别容易生锈, 是因为菜刀接 触了咸菜上的食盐和西红柿中的酸。 事实上, 铁在接触了酸溶液或食盐溶液后生锈速度会大 大加快。 状元笔记 铝与氧气反应形成的氧化膜很致密, 能阻止内部的铝不接触氧气, 因而具有保护内部铝 的作用; 而铁锈很疏松, 不能阻止内部铁继续与氧气、 水反应, 因而内部的铁可以继续生锈。 根据这个原理将铝粉涂在铁的表面可保护铁。 【示例】切过下列食物的菜刀最不容易生锈的是( ) A.猪肉 B.白菜 C.咸鱼 D.西红柿 解析:铁与氧气、水接触时易生锈,与酸、食盐溶液接触时生锈速度会加快。猪肉含水 解析: 少,且切后留下一层油,起隔绝空气和水的作用,因而最不易生锈。白菜含水较多,西红柿 除了含水较多外,其汁液显酸性,咸鱼含盐,切过这些食物后菜刀容易生锈。 答案: 答案:A 状元笔记 铁生锈的条件是与氧气、水同时接触;若接触酸溶液或食盐溶液时,生锈速度会加快。 2.防止铁生锈的措施 知道了铁生锈的条件,我们就可以通过破坏这个条件达到防锈的目的。通常的做法有: (1)保持铁制品表面的洁净和干燥 (2)在钢铁表面覆盖保护层

(3)改变金属的内部结构:如加入铬、镍制成不锈钢。 【示例】下列方法不能防止铁制品再生锈的是 ( ) ①涂油 ②刷油漆 ③用砂纸擦 ④镀铬(在金属表面覆盖一层金属铬) ⑤水洗 ⑥放在干 燥处 A.③⑤ B.②④⑥ C.①②④ D.①④

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解析: 解析:用砂纸只能将铁锈擦掉,但没有起到保护作用;水洗会使铁制品接触水,势必加 快铁制品的生锈速度。 答案: 答案:A 3.金属资源的保护 金属资源有限,而且不能再生,因而一定要注意保护。 保护金属资源的有效途径: (1)防止金属腐蚀。 (2)废旧金属回收利用。 (3)有计划、合理地开采矿物,严禁不顾国家的利益乱采矿。 (4)寻找金属代用品,如用塑料代替金属制品。 废旧金属回收利用的意义:随着高新技术的更新换代加快,废弃的金属制品越来越多, 不但造成资源浪费,而且还会造成镉、汞、铅、银等重金属对环境的污染。为了节约资源, 防止污染,废旧金属必须加以回收利用。如将废钢回炉冶炼成钢,跟用铁矿石冶炼钢相比, 既可节约大量的煤和铁矿石,又能减少污染空气的悬浮颗粒物。可见,回收废旧金属,有着 巨大的经济效益和社会效益。 状元笔记 金属与资源的回收具有重要的经济效益和社会效益,可概括为“节约资源, 保护环境”。


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