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- 2023-10-10 发布
课题3 金属资源的利用和保护
第1课时 铁的冶炼
01 知识管理
1.金属在自然界的存在形式：地球上的金属资源除少数很不活泼的金属如__金、银__等有__单质__形式存在外，其余都以__化合物__的形式存在。
2．一氧化碳还原氧化铁的实验
实验原理：__3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2__(用化学反应方程式表示)。
实验装置：
实验现象：__红__色粉末逐渐变成__黑__色，产生一种能使澄清石灰水__变浑浊__的气体。
注意事项：(1)实验操作顺序：实验时，需先点燃装置最右边的酒精灯，后通一氧化碳，直至排尽玻璃管内的空气再点燃酒精喷灯，以免发生爆炸；实验完毕，先停止加热，继续通一氧化碳至玻璃管冷却，防止生成的铁被氧化，等装置完全冷却后再熄灭装置最右边的酒精灯。
(2)尾气的处理：一氧化碳有剧毒，随意排入空气中会造成大气污染，所以要进行尾气处理，可采用将一氧化碳燃烧掉或用气囊收集的方法处理。
3．工业炼铁
设 备：__高炉__。
原 料：铁矿石、__焦炭__、石灰石、空气。
原 理：在高温下，利用焦炭与氧气反应生成的__一氧化碳__将铁从铁矿石中还原出来。
4．含杂物质的化学方程式的计算
公 式：纯净物的质量分数(又称纯度)＝__×100%__。
注 意：在计算过程中，不论是反应物还是生成物，代入化学方程式进行计算的都必须是纯净物的质量。
02 基础题
考点1 常见的金属矿物
1．地球上的金属资源广泛地存在于地壳和浩瀚的海洋中。下列金属在自然界中能以单质形式存在的是(D)
A．钠 B．铝 C．铁 D．银
2．下列矿石的主要成分不属于氧化物的是(B)
A．铝土矿(主要成分Al2O3)
B．菱铁矿(主要成分FeCO3)
C．赤铁矿(主要成分Fe2O3)
D．磁铁矿(主要成分Fe3O4)
考点2 铁的冶炼
3．(2017·重庆A卷)工业炼铁中会发生一氧化碳与氧化铁的反应，该反应中发生还原反应的物质是(B)
A．CO B．Fe2O3 C．CO2 D．Fe
4．下列有关冶炼金属的反应中，正确的是(C)
A．4CO＋Fe3O4===3Fe＋4CO2↑
B．C＋CuOCu＋CO2
C．3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
D．3C＋Fe2O32Fe＋CO2
6
5．修建铁路所需大量钢铁是以铁矿石为主要原料冶炼而得。
(1)高炉炼铁的原料是铁矿石、空气、石灰石和__焦炭__。
(2)高炉炼铁排放的废气中含有大量的高温一氧化碳，可作为能源用来煅烧石灰石。请写出煅烧石灰石的化学方程式：__CaCO3CaO＋CO2↑__。
(3)高炉中炼出的生铁的硬度比纯铁的__强__(填“强”“弱”或“一样”)；取少量高炉中炼出的生铁放入烧杯中，加入足量稀盐酸，发生反应的化学方程式为__Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑__，当反应停止后，还可观察到烧杯底部有黑色不溶物，该物质是__C__(填化学式)。
6．如图所示的是一氧化碳还原氧化铁的实验。请回答下列问题：
(1)一氧化碳还原氧化铁的化学方程式为__Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2__。
(2)A处的现象是__红色固体变为黑色__；B处的现象是__澄清的石灰水变浑浊__。
(3)C处酒精灯的作用是__将尾气点燃烧掉，防止污染空气__。
考点3 含杂物质的计算
7．(2017·株洲)用1 000 t含有氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁97%的生铁的质量约是(C)
A．560 t B．571 t
C．577 t D．583 t
8．某钢铁厂日产含杂质4%的生铁100 t，试计算该厂每天至少需含Fe2O3 80%的赤铁矿石多少吨？
解：设需要赤铁矿石的质量为x。
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
160 112
x×80% 100 t×(1－4%)
＝ x＝171.4 t
答：至少需要含Fe2O380%的赤铁矿石171.4 t。
03 中档题
9．化学造福人类。下图中金属材料的冶炼和应用体现了人类社会不断发展、进步的是(A)
A．①②③④ B．只有②③④
C．只有①③④ D．只有③④
10．炼铁厂以赤铁矿石、焦炭、石灰石、空气等为主要原料炼铁，主要反应过程如图所示：
请根据题图和所学知识判断下列说法错误的是 (B)
A．生铁属于混合物
B．反应过程①是置换反应，②③属于化合反应
C．原料中焦炭的作用是提供能量和制取一氧化碳
D．工业炼铁的设备是高炉
6
11．(2018·巴中)用“W”形管进行微型实验，如图所示，下列说法错误的是(B)
A．a处红棕色粉末变为黑色
B．a处实验结束时先停止通入CO，后停止加热
C．b处澄清石灰水变浑浊证明有二氧化碳生成
D．可利用点燃的方法进行尾气处理
04 拓展题
12．(2018·瑶海区二模)某班同学用木炭粉末在酒精喷灯加热下做还原氧化铁实验，他们对反应后试管中剩余黑色固体产生了浓厚兴趣，请你随他们一起探究。
【提出问题】反应后试管中剩余的黑色固体是什么？
【査阅资料】常见铁的氧化物部分性质如下：
铁的氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
颜色
黑
红
黑
能否被磁铁吸引
否
否
能
能否与酸反应溶解
能
能
能
【猜想假设】甲同学：黑色固体是FeO和C；
乙同学：黑色固体是Fe和C；
丙同学：黑色固体是Fe和Fe2O3；
其他同学……
__丙__同学的猜想提出后，遭到其他同学质疑，其原因是__Fe2O3是红色的__。
【进行实验】有同学按照以下方案进行实验探究。
实验步骤
实验现象
实验结论
(1)用磁铁吸引反应后的黑色固体
黑色固体部分被吸引
__甲__同学猜想不正确
(2)取适量反应后的黑色固体于试管中，向其中加入足量稀盐酸
__有气泡产生__
乙同学猜想正确
请写出该实验中木炭还原氧化铁反应的化学方程式：__3C＋2Fe2O34Fe＋3CO2↑__。
请按由强到弱的顺序写出常见金属的活动性顺序：__________________________________________；
请写出下列金属矿石主要成分的化学式：
赤铁矿：______________________，磁铁矿：______________________，菱铁矿：______________________，
铝土矿：______________________，黄铜矿：______________________，辉铜矿：______________________。
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第2课时 金属资源保护
01 知识管理
1．铁制品的锈蚀
生锈条件：铁与__水__、__氧气__同时接触。
铁锈成分：铁锈主要成分是__Fe2O3____，很__疏松__，不能阻止里层的铁被腐蚀。
2．防止铁生锈的方法
防锈原理：破坏铁制品锈蚀的条件，使铁制品__隔绝空气__或__隔绝水__。
防锈方法：①保持铁制品表面__干燥和洁净__。
②在铁制品表面__涂一层保护膜__，如：刷油漆、涂油等。
③在铁制品表面镀一层其他金属，如：镀耐磨和耐腐蚀的铬。
④改变铁的组成和结构，可制成耐腐蚀的__合金__，如：不锈钢。
注 意：在温度较高、酸、食盐溶液等环境下，铁生锈速率会加快，如：夏天用刀切咸菜，不及时擦干净，刀很快会生锈。
3．金属资源的保护
有效途径：①防止金属__锈蚀__；
②__回收利用__废旧金属；
③__有计划__、__合理地__开采矿物；
④寻找__金属的代用品__。
02 基础题
考点1 金属的腐蚀和保护
1．铁锈是(D)
A．氧化铁 B．含铁化合物
C．氧化亚铁 D．混合物，主要成分是氧化铁
2．(2017·福建)下列四支试管中，铁钉锈蚀最快的是(D)
3．(2018·长沙)2018年5月我国自主建造的第一艘航母下海，为保证航母的使用寿命，下列防锈措施不可行的是(C)
A．用抗锈蚀性能优异的合金制造航母零部件
B．刷防锈漆
C．船体表面镀一层黄金
D．给某些部位涂油
4．下列措施中，不宜用于博物馆保存枪支大炮等铁制文物的是(A)
A．定期用湿布擦拭铁制文物
B．提醒观众不要用手触摸文物
C．保持文物储存室内空气的干燥
D．在铁制文物表面涂抹一层保护物质
5．某学习小组用相同的光亮铁钉探究铁生锈与哪些因素有关，设计的实验如图所示：
(1)一周后观察，试管①和③中的铁钉无明显变化，试管②中的铁钉明显生锈。探究发现铁生锈的主要条件是铁与__空气__和__水__直接接触。②中铁钉的A、B、C三处中__B__处锈蚀最严重。
(2)试管①中加入的蒸馏水要事先煮沸，其目的是__除去水中的氧气__。
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(3)沙漠地区的铁制品锈蚀较慢的原因是__空气干燥__。
考点2 金属资源的保护
6．金属资源是不可再生资源，保护金属资源是我们刻不容缓的职责。下列有关叙述不正确的是(A)
A．大力开采矿物以保障金属材料的供用
B．提高废旧金属的回收利用率
C．在金属制品上刷漆、涂油等防止金属腐蚀
D．用特种塑料代替金属制造机器的零部件
7．金属与人类生活、生产密不可分。
(1)目前世界上已有50%以上的废旧钢铁得到回收利用，其目的是__A__(填字母序号)。
A．节约金属资源 B．合理开采矿物
C．防止钢铁生锈
(2)为充分利用资源，全国各地都在试行垃圾分类回收，有以下生活垃圾：
①纸盒；②铝质易拉罐；③塑料饮料瓶；④铜导线；⑤镀锌自来水管
可以作为同一类回收的是__②④⑤__(填编号)，它们属于__金属__(填“金属”或“非金属”)材料。
03 中档题
8．下列有关铁的说法正确的是(D)
A．铁锈的主要成分是Fe3O4，铁丝燃烧的产物是Fe2O3
B．铁元素是地壳中含量最多的金属元素
C．铁锈很致密能防止铁进一步氧化
D．铁丝生锈是缓慢氧化
9．如图是探究铁锈蚀条件的装置。调节L端与R端的液面高度一致，塞紧木塞，一周后观察。下列推断错误的是(B)
A．b管中铁钉不会锈蚀
B．L端与R端液面高度仍然保持一致
C．该实验说明铁锈蚀与水有关
D．若将a管中注满水会减慢铁的锈蚀
10．(2017·河北)某同学根据铜绿的成分Cu2(OH)2CO3作出猜想：金属铜锈蚀的条件除有氧气和水外，还必须有二氧化碳。为证明“必须有二氧化碳”，需要进行如图所示实验中的(B)
A．甲和乙 B．甲和丁
C．乙和丁 D．丙和丁
11．“低碳生活，绿色出行”。下图为共享单车。请回答下列问题：
(1)图中所标示的各部件中，属于金属材料的是__②③__(填序号)。
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(2)自行车的闸线为钢丝，说明金属具有__延展性__。
(3)车架表面喷漆不仅美观，而且可有效防止车架与__空气、水__接触而生锈。防止自行车链条生锈的有效措施是__涂油__。
(4)自行车有些零件选用了铝合金材料，其优点是质量轻、硬度大和__耐腐蚀__。废旧自行车回收利用的意义是减少环境污染及__节约金属资源__。
04 拓展题
12．(2017·安徽)某研究小组为探究“影响铁制品锈蚀快慢的因素”，取同浓度的稀氨水和稀醋酸用下图装置完成表中实验，请回答下列问题。
实验序号
①
②
③
④
实验
温度/℃
25
25
70
70
试剂
稀氨水
稀醋酸
稀氨水
稀醋酸
出现铁锈
所需时间
1天
未见锈蚀
5分钟
1天
未见锈蚀
1分钟
(1)铁锈的主要成分是__Fe2O3__(填化学式)。
(2)实验②和④可探究__温度__因素对铁制品锈蚀快慢的影响；欲探究试剂酸碱性对铁制品锈蚀快慢的影响，应选择的实验是__①②或③④__(填实验序号)。
(3)根据表中实验现象得出的结论是__其他条件相同的情况下，温度越高，铁制品越容易生锈(或其他条件相同的情况下，酸性试剂中铁制品容易生锈；其他答案合理均可)__(写出1点即可)。
(4)影响铁制品锈蚀快慢除上述因素外，还有__酸的浓度__(写出1点即可)，请设计实验方案__常温下，取两支试管，分别加入不同浓度的稀醋酸，并放入相同的铁钉，观察出现铁锈所需的时间(其他合理答案均可)__。
请写出下列反应的化学方程式：
炼铁高炉中发生的三个反应：①______________________________，②______________________________，
③__________________________________；有铁参加的化合反应：__________________________________；
有铁参加的置换反应：__________________________ ；有铁生成的置换反应：____________________________。
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