6.1金属矿物及铁的冶炼
基础巩固
1.《天工开物》中关于炼锡的描述“煎炼用烘炉，入锡砂（主要成分）和木炭数百斤……火力已到锡砂不熔用铅少许勾引，方始流出……锡中杂铅太多，入醋淬八九度，铅尽化去”，有关该工艺的说法不正确的是( )
A.该工艺中体现了木炭的还原性 B.“煎炼”所得产物为纯净物
C.熔炼中加入铅可降低混合物熔点 D.“入醋淬”可将金属铅转变为盐
2.广西铝土矿资源丰富。铝土矿的主要成分是( )
A.二氧化硅 B.氧化铝 C.四氧化三铁 D.碳酸钙
3.实验室模拟工业炼铁的装置如下，下列有关叙述不正确的是( )
A.硬质玻璃管中红棕色固体变为银白色
B.用燃着的酒精灯点燃尾气可防止CO污染空气
C.赤铁矿的主要成分是FeO
D.实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却
4.如图为实验室模拟炼铁的装置，现将a g氧化铁在高温下与足量一氧化碳反应，实验结束后测得B中产生0.45 g白色沉淀，下列说法错误的是( )
A.实验开始应前先打开弹簧夹①
B.A处硬质玻璃管内发生的反应为
C.C处酒精灯的作用是处理尾气
D.a的值可能为0.24
5.用3000 t含氧化铁80%的赤铁矿，理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是( )
A.1166 t B.1750 t C.1810 t D.1944 t
根基训练
6.通过一氧化碳还原氧化铜可以得到铜，利用原位X射线粉末衍射仪来测定不同温度下反应后的固体物质成分，(不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)实验结果如图所示。由图象信息可知，以下说法错误的是( )
A.加热到500℃以上，观察到有红色固体生成
B.200℃-300℃,发生的主要发应为
C.500℃以下得到的铜不纯净
D.化学反应控制条件很重要，同种反应物在不同条件下可能得到不同产物
7.如图所示是模拟工业炼铁的化学反应装置，以下说法错误的是( )
A.实验开始时应先通入一氧化碳，目的是排净硬质玻璃管内的空气，防止爆炸
B.硬质玻璃管内氧化铁发生还原反应
C.实验过程中硬质玻璃管内观察到的现象是黑色粉末逐渐变成红色
D.装置中导管末端加一点燃的酒精灯，目的是燃烧未反应的一氧化碳，防止污染环境
8.如图所示是实验室利用一氧化碳还原氧化铁的装置图。关于该实验，下列说法错误的是( )
A.实验时可观察到玻璃管中红棕色粉末逐渐变黑
B.反应后玻璃管中固体物质的质量较反应前增加
C.试管中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成
D.为了防止污染空气，该实验应增加尾气处理装置
9.工业上炼铁的原理是利用一氧化碳和氧化铁反应。某化学兴趣小组利用如图微型装置进行一氧化碳和氧化铁反应的实验。下列说法错误的是( )
A.操作时，先点燃甲处酒精灯，再将注射器内的推入V型玻璃管内
B.实验时可观察到玻璃管中红棕色粉末逐渐变黑
C.实验过程中可观察到丙中澄清石灰水变浑浊，且液面下降
D.装置丙的作用既可以检验二氧化碳又可以收集一氧化碳
10.某同学用如图装置进行CO还原氧化铁的实验，测得甲中硬质玻璃管（含药品）在反应前后的质量分别为和，有关该实验的分析正确的是( )
A.硬质玻璃管内发生的是置换反应
B.该装置的缺陷是未反应的CO会进入空气造成污染
C.停止加热后需继续通CO直至冷却
D.制得铁的质量为（）
思维拓展
11.工业上将赤铁矿炼成铁是一个复杂的过程，炼铁高炉中发生的主要反应有( )
①
②
③
④
⑤
A.②③⑤ B.①③⑤ C.①④⑤ D.②③
12.已知草酸钙（）受热易分解：。为验证分解产物中既有CO又有，小明设计如下实验装置。
回答下列问题。
（1）B中实验现象是_______________。
（2）中铁元素的化合价为______，写出其在D中发生反应的化学方程式：_______________。
（3）小华认为，在D装置后再增加B装置才能验证CO的存在，小明认为不加B装置就可验证，小明的理由是_______________。
13.如图是高炉炼铁时高炉内的化学变化过程，根据图示回答下列问题：
（1）高炉炼铁中一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为______________；一氧化碳在B区生成，写出相关反应的化学方程式：_____________、_____________。
（2）高炉炼铁时焦炭的作用是①____________；②____________。
（3）高炉中生铁出口低于炉渣出口的原因是____________。
14.如图是实验室模拟炼铁（CO与反应）的实验装置。
（1）实验过程中，要先_________（填“加热”或“通入一氧化碳”），目的是_________。
（2）实验过程中，①中观察到的现象是_________，②中观察到的现象是_________。
（3）熄灭酒精灯后，继续通CO的目的是_________。
（4）请写出①中发生反应的化学方程式：_________。
（5）该实验设计装置③的目的是_________。
15.工业上可用焦炭与赤铁矿冶炼铁。实验室用如图所示装置模拟冶炼铁并探究其产物。回答下列问题：
（1）酒精喷灯加热前，先打开活塞和，关闭，将气囊中鼓入。通的目的是____________________。
（2）通适量后，关闭活塞和，打开，点燃酒精喷灯进行实验。B装置中盛放的试剂是__________（填“稀硫酸”、“澄清石灰水”或“氯化钙溶液”），用于检测气体产物之一_________（填化学式）。
（3）装置C的作用是____________________。
（4）当A装置药品完全变黑后，停止实验。移走酒精喷灯停止加热前的操作是____________________。
（5）用简单的化学方法证明已经冶炼出铁。取少量黑色产物于试管中，滴加_______（填“稀硫酸”、“澄清石灰水”或“硫酸铜溶液”），观察到_____________，说明铁已生成。
16.钢铁在生产生活中应用广泛。工业上炼铁炼钢和轧制钢材的主要流程如下图：
(1)炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是_______。
(2)写出用赤铁矿工业炼铁主要反应原理的化学方程式_______。
(3)请对高炉气体的处理提出合理化建议_______。
(4)焦炭的作用是提供热量和_______。
(5)炼钢炉中，通入纯氧的目的是_______。
答案以及解析
1.答案：B
解析：A、煎炼用烘炉，入锡砂(主要成分)和木炭数百斤，木炭与锡砂中反应生成锡，体现木炭的还原性，故选项说法正确。
B、锡砂中含有其它物质，“煎炼”所得产物属于混合物，故选项说法错误。
C、合金的熔点比组成它的纯金属的熔点低，熔炼中加入铅可形成铅锡合金，从而降低混合物熔点，故选项说法正确。
D、“入醋淬”过程，醋酸可与铅反应生成醋酸铅，醋酸铅是由金属离子和酸根离子构成的化合物，属于盐，故选项说法正确。
故选：B。
2.答案：B
解析：铝土矿的主要成分是氧化铝。
3.答案：A
解析：赤铁矿的主要成分是，CO与在高温的条件下反应生成Fe和，是红棕色的，生成的Fe粉是黑色的，故可观察到硬质玻璃管中红色固体变为黑色，A不正确，C正确；CO有毒，直接排放会污染空气，可在导管末端加点燃的酒精灯，点燃未反应的CO，B正确；实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却，这样既能防止Fe在高温下再次被空气中的氧气氧化，又能防止澄清石灰水倒吸入硬质玻璃管，使硬质玻璃管炸裂， D正确。
4.答案：A
解析：实验开始前为防止装置内空气与一氧化碳混合受热引起爆炸，应先打开弹簧夹②，通入一段时间一氧化碳，排尽装置内的空气，A错误；A处玻璃管内一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，据此写出反应的化学方程式，B正确；一氧化碳有毒且会污染空气，不能直接排放到空气中，因此C处酒精灯的作用是将未反应完的一氧化碳点燃，以免污染环境，C正确；A处玻璃管内产生的二氧化碳与B处澄清石灰水反应生成碳酸钙白色沉淀和水，因此装置B中产生的0.45 g白色沉淀即为生成的碳酸钙的质量，设参加反应的氧化铁质量为x，根据化学方程式可知，氧化铁与碳酸钙的对应关系为：
当氧化铁被全部还原时，则a的值为0.24，D正确。
5.答案：B
解析：设理论上可以炼出含铁96%的生铁质量为x，则，解得x=1750 t。
6.答案：B
解析：A、加热到500℃以上，氧化铜完全转化成铜，观察到有红色固体生成，故选项正确。B、200℃-300℃，发生的主要反应为、，故选项不正确。C、500℃以下得到的铜不纯净，是因为生成物中含有铜和氧化亚铜，故选项正确。D、化学反应控制条件很重要，同种反应物在不同条件下可能得到不同产物，故选项正确。故选：B。
7.答案：C
解析：一氧化碳与空气的混合物加热后会发生爆炸，因此实验开始前应先通入一氧化碳排净硬质玻璃管内的空气，再加热，A正确；在硬质玻璃管内一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，其中氧化铁失去了氧，发生还原反应，B正确；氧化铁是红棕色固体，铁粉是黑色固体，因此硬质玻璃管内观察到的现象是红棕色粉末逐渐变成黑色，C错误；一氧化碳有毒，会污染空气，且一氧化碳可以在空气中燃烧生成无毒的二氧化碳，因此装置中导管末端加一点燃的酒精灯，可以除去一氧化碳，防止污染环境，D正确。
8.答案：B
解析：一氧化碳还原氧化铁的化学方程式高温为，由化学方程式可知，每160份质量的氧化铁反应可生成112份质量的铁，则反应后玻璃管中固体物质的质量减少，B错误。
9.答案：A
解析：A、可燃性气体和助燃性气体的混合气，点燃时，可能发生爆炸，所以实验时应先将注射器内的一氧化碳推入硬质玻璃管中，后点燃酒精喷灯，故A错误；B、一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，所以实验过程中观察到红棕色固体逐渐变黑，故B正确；C、实验过程中可观察到丙中澄清石灰水变浑浊，且液面下降，故C正确；D、装置丙的作用既可以检验二氧化碳又可以收集一氧化碳，故D正确。故选：A。
10.答案：C
解析：本题考查实验室炼铁注意事项。置换反应是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，装置甲中硬质玻璃管内一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，不属于置换反应，A错误。装置乙既能起到验证二氧化碳的作用，也能起到收集一氧化碳尾气的作用，B错误。由于反应刚结束时温度较高，一氧化碳与氧化铁反应生成的铁容易被氧化，因此停止加热后需继续通CO直至冷却，C正确。为硬制玻璃管和反应前氧化铁的质量，为硬制玻璃管和反应后剩余固体质量，因此（）是参与反应的氧化铁中氧元素的质量，D错误。
11.答案：B
解析：本题考查高炉炼铁的反应。高炉炼铁的还原剂是CO，不是C和，故含②④的选项不能选。
12.答案：（1）澄清石灰水变浑浊
（2）+3；
（3）D中玻璃管内红棕色粉末变黑即可说明有CO存在
解析：草酸钙分解产生CO和，生成的使澄清石灰水变浑浊，D中氧化铁和CO在高温下反应，化学方程式为，观察到D中红棕色粉末变黑。
（2）中氧元素显-2价，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零的原则，可得铁元素的化合价为+3。
13.答案：（1）；；
（2）①产生热量（或提高炉温）
②产生一氧化碳
（3）生铁的密度比炉渣大高温
解析：（1）高炉炼铁的反应原理是；焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳。
（2）焦炭在高炉中发生两个反应：一是与空气中的氧气反应生成二氧化碳，此反应放热，为炼铁提供热量：二是与二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳。
14.答案：（1）通入一氧化碳；把玻璃管里的空气排尽，防止加热时发生爆炸
（2）红棕色粉末变为黑色；澄清石灰水变浑浊
（3）防止生成的F在高温条件下再次被氧化；防止试管中液体倒吸入玻璃管中，使玻璃管炸裂
（3）
解析：（1）一氧化碳具有可燃性，若与空气混合加热可能会发生爆炸，因此实验时要先通入一氧化碳，将玻璃管内空气排尽后再加热。
（2）一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，故①中能观察到红棕色粉末变为黑色；二氧化碳和氢氧化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和水，故②中能观察到澄清石灰水变浑浊。
15.答案：（1）排尽装置内的空气
（2）澄清石灰水；
（3）收集一氧化碳气体
（4）先把关闭
（5）稀硫酸；有无色气体产生
解析：（1）酒精喷灯加热前，先打开活塞和，关闭，将气囊中鼓入，通的目的是排尽装置内的空气。
（2）焦炭与氧化铁高温下反应生成铁和二氧化碳，可能生成一氧化碳，二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊，因此B装置中盛放的试剂是澄清石灰水，用于检测气体产物之一中的二氧化碳。
（3）一氧化碳与氢氧化钙不反应，不溶于水，因此装置C的作用是收集一氧化碳气体。
（4）当A装置药品完全变黑后，停止实验，移走酒精喷灯停止加热前的操作是先把关闭，以防产生倒吸，发生危险。
（5）铁能够与稀硫酸反应产生硫酸亚铁和氢气，观察到有气泡产生；铁能够与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁，观察到有红色固体析出。两种方法中最简单的为加入稀硫酸，因此取少量黑色产物于试管中，滴加稀硫酸，观察到有无色气体产生，说明铁已生成。
16.答案：(1)增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分
(2)
(3)点燃或收集起来
(4)生成一氧化碳
(5)将生铁中的碳反应除去
解析：（1）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是：增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分；
（2）赤铁矿的主要成分是氧化铁，用赤铁矿炼铁是一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；
（3）高炉气体中含一氧化碳，一氧化碳有毒，散逸到空气中，会污染空气，一氧化碳具有可燃性，故对高炉气体的处理：点燃或收集起来；
（4）焦炭和氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳，二氧化碳和焦炭在高温下反应生成一氧化碳，故焦炭的作用是：提供高温和生成一氧化碳；
（5）生铁和钢均是铁的合金，但是生铁的含碳量比钢高，炼钢就是降低生铁中的含碳量，故通入纯氧的目的是：将生铁中的碳反应除去。
