2024人教版化学九年级下学期课时练--课题3　金属资源的利用和保护 第1课时　金属资源及铁的冶炼　含杂质物质的有关计算

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2024人教版化学九年级下学期
第八单元　金属和金属材料
课题3　金属资源的利用和保护
第1课时　金属资源及铁的冶炼　含杂质物质的有关计算
基础过关全练
知识点1　金属资源及铁的冶炼
1.【跨学科·语文】刘禹锡的诗句“美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来”描述的金属是 (　　)
A.Au　　　　　　　B.Pt　　　　　　C.Ag　　　　　　　D.Cu
2.【新考向·国防教育】2021年,自然资源部表示,将继续强化基础地质工作,将铁矿列为战略性矿产、国内找矿行动主攻矿种。下列铁矿石主要成分的化学式书写错误的是 (　　)
A.赤铁矿FeO　　　　　B.硫铁矿FeS2
C.磁铁矿Fe3O4　　　　　D.菱铁矿FeCO3
3.【微型实验】(2023河南太康一模)下图所示是实验室利用一氧化碳还原氧化铁的创新装置(夹持仪器已省略),对于该装置,下列说法不正确的是　 (　　)
A.实验过程中可以观察到a处红棕色粉末逐渐变黑
B.b处澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳气体生成
C.该实验过程中应先点燃酒精灯,再通入一氧化碳气体
D.该实验装置具有节约药品的优点,但缺少尾气处理装置
4.【新素材·传统工艺】(2023江苏无锡梁溪一模)《天工开物》中描述了系统、连续的炼铁炼钢过程,利用煤炭炼铁,从炼铁炉流出的生铁水,直接流进炒铁炉里炒成熟铁,从而减少了再熔化的过程。下列说法错误的是 (　　)
A.煤炭燃烧的温度能够达到炼铁所需的温度
B.炼铁炉中流出的是纯铁
C.生铁炒成熟铁的过程中降低了含碳量
D.该炼铁工艺减少了再熔化的过程,节约燃料,彰显了古代劳动人民的智慧
5.(2023宁夏银川二十四中一模)铁是一种重要的金属材料,铁矿石冶炼铁是一个复杂的过程。某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿石(主要含Fe2O3)、空气等,主要反应过程如图一,实验室模拟炼铁装置如图二,请用所学化学知识回答下列问题:
图一
图二
(1)如图一,高炉炼铁的主要原料有焦炭,焦炭的作用之一是　　　　　　　　　　。
(2)图二中,实验时,先通CO再加热的目的是　　　　　　　　,在硬质玻璃管中观察到的实验现象是　　　　　　　　　　,化学方程式是　　　　　　　　　　　。
6.【学科素养·科学思维】铁在自然界分布广泛,在工业、农业和国防科技中有重要应用。
a b
回答下列问题:
(1)用铁矿石(赤铁矿)冶炼生铁的高炉如图a所示。原料中除铁矿石和焦炭外还有　　　。高炉排出气体的主要成分有N2、CO2和　　　　
(填化学式)。
(2)有人设计出“二步熔融还原法”炼铁工艺,其流程如图b所示,其中,还原竖炉相当于高炉的　　　部分,主要反应的化学方程式为　　　　　　　　　　;熔融造气炉相当于高炉的　　　部分。
知识点2　含杂质物质的有关计算
7.某钢铁厂每天需消耗5 000 t含Fe2O3 80%的赤铁矿,该钢铁厂理论上可日产含Fe 96%的生铁的质量约是 (　　)
A.2 917 t　　　　　B.1 226 t　　　　C.3 225 t　　　　　D.3 638 t
8.【新独家原创】以“坚持技术创新,实现减耗降本”为主题的“2023年全国高炉炼铁学术年会”于4月6日~9日在广西南宁召开,旨在推动炼铁行业提质增效、清洁低碳发展。若要炼制含铁96%的生铁63 t,理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是多少
能力提升全练
9.(2023江苏苏州中考改编,11,★☆☆)铁是应用最广泛的金属。下列有关说法正确的是 (　　)
A.炼铁原理是用合适的物质将单质铁转化为氧化铁
B.将生铁中的大部分碳反应除去得到的钢是纯净物
C.用赤铁矿石冶炼铁的过程中,固体由红色变为黑色
D.炼铁过程焦炭只起为反应提供还原剂的作用
10.【创新装置】(2023山东青岛李沧二模,15,★☆☆)用如图所示的装置(图中a处置于80 ℃热水浴中,夹持装置省略)模拟工业炼铁,已知甲酸(HCOOH)在热浓硫酸的作用下生成水和一氧化碳。下列说法不正确的是 (　　)
A.实验中应先滴加甲酸再点燃酒精喷灯
B.实验中可观察到b处红棕色固体变黑,c处澄清石灰水变浑浊
C.b处发生了置换反应
D.实验中产生的尾气可用气球收集起来
11.(2021安徽淮南大通模拟,14,★☆☆)随着炼铁技术的进步,对物质资源的综合利用是大势所趋。竖炉冶铁工艺流程如图所示,根据下列流程图回答问题。
(1)铁矿石事先要经过粉碎处理,目的是　　　　　　　　　　　。
(2)赤铁矿的主要成分是　　　　(填化学式),与CO反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)催化反应室里发生化合价变化的元素是　　　　。
12.(2023四川泸州中考,43,★★☆)工业上可用焦炭与赤铁矿冶炼铁。实验室用下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K1和K2,关闭K3,将气囊中N2鼓入。通N2的目的是　　　　　　　　　　　　。
(2)通适量N2后,关闭活塞K1和K2,打开K3,点燃酒精喷灯进行实验。B装置中盛放的试剂是　　　　　　(选填“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　　　　　　(选填“稀硫酸”“澄清石灰水”或“硫酸铜溶液”),观察到　　　　　　　　,说明铁已生成。
13.【新素材·传统工艺】(2023广东广州中考,16,★★★)我国古代科技璀璨夺目,金属的冶炼与使用在当时已处于世界先进水平。
(1)日常生活中,适合制作电缆的金属是　　　　(填标号)。 　　　　 　　　　 　　　　
A.金　　　　　B.铜　　　　　C.汞　　　　　D.钨
(2)明代《天工开物》描述了锡的冶炼方法,如图a。
①原料锡砂中的SnO2和木炭反应得到锡和二氧化碳,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。
②炼锡时混入少许铅形成合金,产物更易熔化流出,原因是　　　　　　　 　
　　　　　　　　　。
　
图a　　　　　　图b
(3)图b为古代炼锌工艺原理示意图。炉甘石成分是ZnCO3,高温易分解生成ZnO。
①泥罐外煤饼的主要作用是燃烧提供热量,泥罐内煤粉的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
②已知锌的沸点为907 ℃。泥罐下部温度可达1 200 ℃,上部约为600 ℃,该工艺从反应混合物中收集液态锌的方法属于　　　　(填标号)。 　　　　 　　　　 　　　　
A.结晶　　　　　B.蒸发　　　　　
C.蒸馏　　　　　D.升华
③必须冷却后才能取锌,是为了防止发生反应:　　　　　　　　　　　　　　
(写化学方程式)。
(4)湿法冶金利用置换反应。向Cu(NO3)2、AgNO3混合液中加入Fe粉,充分反应后过滤。若滤渣中有两种金属,则滤液中一定不含的金属阳离子是　　　　。
答案全解全析
基础过关全练
1.A　“美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来”说的是将金子从沙子中分离出来,描述的金属是金。
2.A　赤铁矿的主要成分是氧化铁,其化学式为Fe2O3。
3.C　一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳,a处可观察到红棕色粉末逐渐变黑;二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,b处澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳气体生成;该实验过程中应先通入一氧化碳气体,排尽装置中的空气,再点燃酒精灯,防止加热时发生爆炸;该实验中所用的装置是W形管,所用药品较少,可以节约药品,但缺少尾气处理装置。
4.B　煤炭燃烧能够为炼铁提供热量,达到炼铁所需的温度;炼铁炉中流出的是铁碳合金,不是纯铁;生铁中碳含量较高,熟铁中碳含量低,生铁炒成熟铁的过程中降低了含碳量;冶炼得到的生铁水直接炒成熟铁,减少再熔化的过程,节约了燃料。
5.(1)提供热量(合理即可)　(2)防止加热时发生爆炸　固体由红色变为黑色　Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
解析　(1)焦炭燃烧放热,可提供热量;焦炭燃烧生成二氧化碳,二氧化碳在高温下又能与焦炭反应生成一氧化碳,焦炭可为炼铁提供还原剂。(2)一氧化碳不纯时点燃可能会发生爆炸,实验开始前,先通一氧化碳可排出装置中的空气,防止加热时发生爆炸;一氧化碳能与红色的氧化铁反应生成铁和二氧化碳,硬质玻璃管中的现象为固体由红色变为黑色。
6.(1)石灰石　CO　(2)炉身　Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2　炉腹
解析　(1)铁矿石中含有氧化铁和SiO2,为除去SiO2,可加入石灰石,石灰石分解生成氧化钙,氧化钙能和二氧化硅反应生成硅酸钙。高炉炼铁时的还原剂为CO,而CO无法完全反应,因此尾气中含有CO。(2)高炉炼铁时,炉身部分发生Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,炉腰部位生成炉渣,炉腹部位生成还原剂CO,因此还原竖炉相当于炉身部位,熔融造气炉相当于炉腹部位。
7.A　参加反应的氧化铁的质量为5 000 t×80%=4 000 t;
设反应生成的铁的质量为x。
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
160 112
4 000 t x
　x=2 800 t
可日产含Fe 96%的生铁的质量为2 800 t÷96%≈2 917 t。
8.解:设需要氧化铁的质量为x。
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
160 112
x 63 t×96%
　x=86.4 t
需要含杂质20%的赤铁矿石质量为=108 t。
答:理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是108 t。
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9.C　炼铁原理是用合适的物质将铁的氧化物转化为单质铁;钢是一种铁合金,属于混合物;炼铁过程焦炭除了为反应提供还原剂外,还为反应提供热量。
10.C　一氧化碳具有可燃性,不纯时受热易发生爆炸,实验中应先滴加甲酸,排出装置内的空气,再点燃酒精喷灯;在高温条件下,一氧化碳将氧化铁还原为铁并生成二氧化碳,可观察到b处红棕色固体变黑,c处澄清石灰水变浑浊;b处发生的反应是一氧化碳和氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳,反应物是两种化合物,不属于置换反应;一氧化碳是有毒气体,实验中未参加反应的一氧化碳可用气球收集起来。
11.(1)增大接触面积,使反应更充分
(2)Fe2O3　Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2　(3)C、H
解析　(2)赤铁矿的主要成分是氧化铁,化学式为Fe2O3;工业上用一氧化碳炼铁,主要是利用一氧化碳的还原性,在高温下一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳。(3)在催化反应室中,甲烷与二氧化碳、水蒸气反应生成一氧化碳和氢气,在反应过程中,碳、氢元素的化合价发生改变。
12.(1)排净装置内的空气　(2)澄清石灰水　CO2　(3)收集一氧化碳气体　(4)关闭K3　(5)稀硫酸　有无色气体产生
解析　(1)通氮气的目的是排净装置内的空气,防止焦炭与氧气反应。(2)焦炭与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳,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。(3)二氧化碳与焦炭在高温下可反应生成一氧化碳,一氧化碳与氢氧化钙不反应,不溶于水,且一氧化碳有毒,故装置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关闭K3,以防发生倒吸。(5)铁能够与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,也能够与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,两种方法中加入稀硫酸更简单。
13.(1)B　(2)①C+SnO2 Sn+CO2↑　②合金的熔点一般低于其组分金属的熔点　(3)①作还原剂　②C　③2Zn+O2 2ZnO　(4)银离子(或Ag+)
解析　(1)金具有良好的导电性,但价格昂贵;铜具有良好的导电性,且价格合适;汞在常温下呈液态;钨的熔点高,但导电性较弱;因此适合制作电缆的金属是铜。(2)①原料锡砂中的SnO2和木炭在高温下反应得到锡和二氧化碳;②合金的熔点一般低于其组分金属的熔点,炼锡时混入少许铅能形成合金,产物更易熔化流出。(3)①煤粉的主要成分是碳,在高温的条件下,碳能夺取氧化锌中的氧将其还原为锌,所以泥罐内煤粉的主要作用是作还原剂;②锌的沸点为907 ℃,泥罐下部温度可达1 200 ℃,锌在泥罐下部为气态,上部约为600 ℃,锌由气态转化为液态,故从反应混合物中收集液态锌的方法属于蒸馏;③必须冷却后才能取锌,是为了防止生成的锌在较高温度下又被氧化成氧化锌。(4)向Cu(NO3)2、AgNO3混合液中加入铁粉,铁先与硝酸银反应生成硝酸亚铁和银,待硝酸银反应完全,若铁有剩余,铁会与硝酸铜反应生成硝酸亚铁和铜。充分反应后过滤,若滤渣中有两种金属,则为银和铜,可确定硝酸银中的银被全部置换出来,无法判断硝酸铜是否有剩余,则滤液中一定不含的金属阳离子是银离子。
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