《第2节 金属矿物 铁的冶炼》习题
一、选择题
1．下列变化过程不属于金属冶炼的是（ ）
A．电解氧化铝 B．铁在氧气中燃烧
C．金属氧化物与焦炭在高温下反应 D．高温下CO还原CuO
2．下列说法中正确的是（ ）
A．铁在潮湿的空气中容易生锈，是因为铁易与水反应
B．炼铁是用一氧化碳从铁的化合物中将铁还原出来的过程
C．铁的化学性质很活泼，常温下很容易与氧气反应
D．铁粉是白色的固体
3．含氧化铁90%的赤铁矿石中，铁元素的质量分数为（ ）
A．56% B．70% C．68% D．63%
4．将6.9g铁的某种氧化物在高温下与足量的CO充分反应，将生成的气体用足量的石灰水吸收，石灰水增重5.28g。则这种铁的氧化物是（ ）
A．FeO
B．Fe2O3
C．Fe3O4
D．无法确定
二、填空题
5．常见的铁矿石有：磁铁矿（主要成分是Fe304）、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、褐铁矿（主要成分是Fe2O3·3H2O）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）。其中理论上最适宜炼铁的两种矿石为，理由为____________________。
6．成语“百炼成钢”的化学含义是将反复烧红的生铁在空气中不断锤打，转化为钢。请写出其中重要的化学方程式________________________________________。
三、计算题
7．某炼铁厂，用Fe2O3的质量分数为80％的赤铁矿为原料炼铁，若每天生产含杂质2％的生铁1120t。问需要赤铁矿石多少吨？
8．用CO还原铁的氧化物的实验中，硬质玻璃管质量是71.7g，在通人CO前，铁的氧化物和玻璃管的总质量是86.2g，当铁的氧化物与足量的CO充分反应且生成的CO2全部逸出玻璃管后，玻璃管和管内固体的总质量为82.2g，通过计算推测该铁的氧化物的化学式。
《第2节 金属矿物 铁的冶炼》习题
一、选择题
1．将13g锌样品放入足量的硫酸中反应，放出的氢气是0.36g，则铁样品中含有的杂质可能（ ）
A．Mg B．Al C．Cu D．Fe
2．用CO还原铁的氧化物1mg，得到铁粉0.75mg，则下列说法中正确的是（ ）
A．该氧化物是Fe2O3
B．该氧化物可能是由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的混合物
C．该氧化物是FeO
D．该氧化物中不含FeO
二、填空题
1.简述其中的化学原理。百炼成钢_____________________________________________。
2.炼铁选用的铁矿石不仅要选含铁量高的，还要选“有害元素”少的。今有铁矿石，磁铁矿石（主要成分是Fe3O4），赤铁矿石（主要成分是Fe2O3），褐铁矿石（主要成分是2Fe2O3·3H2O），菱铁矿石（主要成分是FeCO3），黄铁矿石（主要成分是FeS2），你认为不适宜炼铁的矿石是_______________________；理由：_______________________。
3.如果血液中缺乏亚铁离子，就会造成缺铁性贫血，市场出售的某种麦片中含有微量的颗粒极小的还原铁粉，这些铁粉在人的胃液（胃酸的主要成分是盐酸）作用下转化成亚铁盐，这个转化的化学方程式是_______________________。
4.某钢铁厂高炉炼铁的主要原料是焦炭、赤铁矿石（主要成分为氧化铁）、空气等，主要反应过程如图所示
（1）在上面方框中写出有关反应的生成物的化学式。
（2）写出②、③两步反应的化学方程式②_______________________；
③_______________________。
5.生铁不能完全溶解在盐酸里的原因是_______________________。
三、计算题
1、将10g钢铁样品置于氧气流中灼烧，得到了0.2g二氧化碳。问此样品的含碳量是多少？它是钢还是生铁？（0.54%是钢）
2、某炼铁厂冶炼生铁过程中有2%的铁损失，该厂每天要生产含有4%（质量分数）杂质的生铁80t，需要含氧化铁的质量分数为70%的赤铁矿多少吨？
3、用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁多少吨？
4、某炼铁厂每天生产纯度95%的生铁70t，问该厂每天最少需用含杂质20%的赤铁矿（含Fe2O3）多少吨？
5、用CO还原铁的氧化物的实验中，硬质玻璃管质量是71.7g，在通人CO前，铁的氧化物和玻璃管的总质量是86.2g，当铁的氧化物与足量的CO充分反应且生成的CO2全部逸出玻璃管后，玻璃管和管内固体的总质量为82.2g，通过计算推测该铁的氧化物的化学式。
《第2节 金属矿物 铁的冶炼》教案
教学目标
知识与技能
1.了解金属的物理特征，能区分常见的金属和非金属。
2.通过对金属性质的实验探究，学习利用实验认识物质的性质的方法。
3.初步形成物质的性质决定物质的用途的观点。
4.知道铁的冶炼方法。
过程和方法
1.通过对学习内容的课外调查和有关资料的查阅，培养学生从多种渠道获取信息的能力。
2.积极主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己的观点。
3.提出问题，进行初步的科学探究。
情感态度与价值观
1.以金属的应用为载体，创设教学情景，激发学生的学习兴趣。
2.充分发挥学生的主体作用，适时地进行辨证唯物主义教育。
教学重点
通过实验探究来认识物质的性质。
教学难点
形成物质的性质决定物质的用途的观点。
教学过程
设问：1、地壳中铁的含量在金属中居于第几位？自然界中铁元素以何种形式存在？
2、你知道的铁矿石、铜矿石、铝矿石有哪些？我国的铁矿主要分布在哪些地区？
3、人类冶炼最多、在生产生活中应用最广泛的金属是什么？
既然铁在日常生活和国民生产中的地位如此重要，那么，我们有必要了解和掌握以铁矿石为原料冶炼出铁的反应原理及过程。铁矿的主要成分都是铁的化合物，冶铁是把铁矿变为金属铁的过程。
一、常见的金属矿物
1.常见的金属矿物：铁、铜、铝矿及其存在形态。
2.金属的冶炼：使金属矿物变成金属的过程。
引导：今天我们以主要成分为Fe2O3的赤铁矿为例，来学习研究如何实现铁的冶炼。对比Fe2O3与Fe组成上的区别，请大胆假设，如何实现从Fe2O3到Fe的转变。
Fe2O3与Fe的组成上均含有Fe元素，不同之处在于Fe少了O元素，要使Fe2O3转变为Fe，可从下列方面入手：
（1）可在一定条件下，使Fe2O3直接失氧，转变为铁；
（2）可加入某类物质，让其与Fe2O3中的O元素结合，主动夺取Fe2O3中的“O”元素，使Fe2O3转变为金属Fe。
通常把金属（如铁）跟氧气结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化。金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程称为金属氧化物的还原。
3.金属冶炼的方法：
（1）还原法：把金属矿物与焦炭、氢气、一氧化碳等还原性物质一起加热反应。
（2）电解法：活泼金属很难从其矿石中还原出来，需要用电解法。如：电解熔融氧化铝制铝，电解熔融氯化钠制钠。
（3）分解法：有些金属的氧化物受热容易分解，可以用简单加热的方法得到。
强调：金属Fe的活动性不是很强，可选择加入其它易得氧的物质与Fe2O3反应，以夺氧的方式还原Fe2O3。
引导：我们以前所学过和接触的物质中，哪些可以和“O”结合，形成新的物质？
答：Mg、H2、C、S、CO、P、Cu等物质可实现以上变化。
引导：从理论上讲，这些物质都可以实现所需转变，但从经济效益、环境保护、人体健康及安全角度出发，我们一般选择C或CO。现以CO为例，探讨铁的冶炼过程。
阅读：CO与Fe2O3的反应——工业炼铁的主要原理。
思考：
1.实验中为什么要先通一段时间CO，再加热Fe2O3？
2.澄清石灰水的作用是什么？实验中会出现什么现象？
3.点燃从尖嘴管口排出气体的目的是什么？
4.实验结束前应如何操作，才能保证得到较纯净的铁粉？
5.如何验证实验中产生了铁？
6.该实验体现了CO的哪些化学性质。
右边处装置的作用：①验证CO还原氧化铁的产物是二氧化碳。
②除去多余的CO，防止它污染空气。
二、铁的冶炼
（一）实验室模拟
1.实验步骤：①检验装置的气密性；
②装入药品并固定；③向玻璃管内通入一氧化碳气体；④给氧化铁加热；⑤停止加热；⑥停止通一氧化碳。
⑦将黑色粉末倒在白纸上，看其能否被磁铁吸起。
2．实验现象：红棕色粉末逐渐变成黑色，澄清的石灰水变浑浊，尾气燃烧并产生蓝色火焰。黑色粉末可以被磁铁吸引。
3CO+Fe2O3======2Fe+3CO2
3．注意事项：
（1）反应前，先通入CO，再加热。目的是为了排尽装置内的空气，避免加热时CO与空气混合发生爆炸。
（2）反应后，先撤走酒精灯，等固体冷却后再停止通一氧化碳。目的是为了使固体产物冷却，高温防止铁在较高的温度下重新被氧化；同时还可以防止石灰水倒吸。
（3）尾气处理：由于一氧化碳有毒，故尾气要点燃或收集除去，防止污染空气设问：如果将CO改为H2还要进行尾气处理吗？（不用，因为H2无毒）
（二）工业炼铁
1．炼铁的原料：铁矿石（提供铁元素）、焦炭（a、提供热源、维持炉温；b、制还原剂）、石灰石（制造炉渣）和空气（提供氧气）
2．炼铁的设备：高炉
3．炼铁的原理：在高温条件下，利用焦炭与氧气反应生成的还原剂一氧化碳从铁矿石中将铁还原出来。
主要反应：2C+O2======2CO（C+CO2===2COC+O2===CO2）
3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2
CaCO3===CaO+CO2↑
CaO+SiO2==CaSiO3（炉渣——可用于制水泥）尾气主要成分：CO和CO2（需经处理排放）
课件20张PPT。金属矿物 铁的冶炼 一、常见的金属矿物
1.存在形式
在自然界中大多数以_______形式存在；极少数以_____形式存
在，如____________等。化合物单质铂、金、银2.常见的金属矿物名称及其主要成分Fe2O3Fe3O4Cu2(OH)2CO3Cu2O孔雀石Cu2(OH)2CO3赤铜矿Cu2O黄铜矿CuFeS2磁铁矿Fe3O4菱铁矿FeCO3铝土矿Al2O3二、铁的冶炼
1.CO还原氧化铁实验（1）A装置处的现象：红棕色固体变为___________；
B装置的现象：澄清的石灰水_______。
得到的黑色粉末能被磁铁吸引，加入稀盐酸，黑色粉末_____，
表面产生_________，溶液变为_______，说明生成了___。
（2）操作步骤。
实验开始时先________后_____，实验完毕先_________后
_____________。
（3）尾气处理：该反应产生的尾气不能直接排放到空气中，应
用_____或_____的方法处理。黑色固体变浑浊溶解大量气泡浅绿色铁通入CO加热停止加热停止通入CO点燃收集2.工业炼铁
（1）主要设备：______。
（2）原料：________、_____、_______、空气。
（3）炼铁原理：_______________________。（用化学方程式
表示）
（4）产品：生铁。铁矿石焦炭石灰石高炉原料炼 铁 高 炉 的 结 构 炼 铁 工 业 设 备 图3.其他金属的冶炼
有些金属（如钠、钾、镁、铝等）很难从其矿物中提炼出来，
需要用_____的方法。如金属铝常采用电解氧化铝得到，反应
的化学方程式：____________________。电解【探究点】炼铁原理
根据下图中一氧化碳与三氧化二铁的实验分析问题：1.常见的铁矿石主要有：赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）、黄铁矿（主要成分是FeS2）。请你从含铁量和产物对环境的影响的角度分析这几种矿石哪两种不适合用来炼铁？
提示：根据化学式的计算， Fe2O3、Fe3O4、FeCO3、FeS2中含铁的质量分数分别为70%、72.4%、48.3%、46.7%，黄铁矿及菱铁矿中铁的质量分数都较小，并且黄铁矿中含有硫元素，在炼铁的过程中，很有可能生成二氧化硫气体，排放到空气中引起空气污染，所以上述矿石中黄铁矿和菱铁矿不适合用来炼铁。2.一氧化碳还原氧化铁的实验中：
（1） 为什么实验开始时，先通一会儿一氧化碳，然后再加热；而实验完毕，停止加热后，还继续通一氧化碳至冷却？
提示：实验开始时，先通一氧化碳排净试管里的空气，然后再加热氧化铁，可防止一氧化碳与空气混合加热引起爆炸；实验完毕，先停止加热，继续通一氧化碳至冷却，可以防止热的铁重新被氧化。
（2）装置末端放一只燃着的酒精灯的作用是什么？
提示：酒精灯的作用是燃烧掉未反应的一氧化碳，防止污染空气。【学法点睛】一氧化碳还原氧化铁的实验操作顺序及解释
结合一氧化碳与氧化铁的实验，将下图填写完整。（1）其原理就是反应的化学方程式：3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。
（2）其现象是：玻璃管中的三氧化二铁生成铁，因此固体由红色变黑色；因为生成的气体是二氧化碳，所以试管中的澄清石灰水变浑浊；右导管口出来的是未反应的一氧化碳，点燃发出蓝色火焰。（3）注意事项：因为一氧化碳具有可燃性，加热前先用一氧化碳把空气排净，防止加热时发生爆炸的危险；反应完毕后，熄灭左边酒精灯，燃烧右边酒精灯是为了把未反应的一氧化碳燃烧掉；等到玻璃管冷却后停止通入一氧化碳的目的是为了防止灼热的铁再被氧化。有关杂质问题的计算例1、1000t含杂质20%的赤铁矿石中含氧化铁的质量是多少？氧化铁的质量： 1000t× （ 1- 20% ）=800t纯物质的质量=不纯物质的质量×物质的质量分数例2、计算多少吨生铁中含铁的质量分数为96%，
含铁560t？生铁的质量： 560t÷96%=583.3t不纯物质的质量=纯物质的质量÷物质的质量分数课件24张PPT。金属矿物 铁的冶炼一、常见金属矿物1、分布和存在金属在自然界中主要以单质存在，还是以化合物存在？极少数金属以单质（游离态）存在 自然界中以单质存在的银自然界中以单质存在的金 化合态金属在自然界中以矿物的形式存在。含有矿物的岩石称为矿石。大多数金属以化合物（化合态）存在 思考：为什么金、银等少数金属以单质的形式存在？而大多数金属以化合物的形式存在呢？地壳中含量在前四位的金属元素分别是什么？2、常见矿石赤铁矿Fe2O3黄铁矿FeS2褐铁矿Fe2O3·XH2O 铁元素在自然界中分布很广，在地壳中含量位居金
属元素的第二位，仅次于铝，约占地壳总质量的4.75%。
我国大型铁矿有：辽宁鞍山、湖北大冶、四川攀枝花
使金属矿物变成金属的过程，叫做金属的冶炼。 选择冶炼原料时，通常考虑矿石的价格、金属的含量、安全无污染等。我反思 我提高 铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。 进行课本的实验，实验过程中注意安全（一氧化碳有毒），注意观察实验现象并记录。ABC实验前观察颜色：＿＿__
状态：＿＿＿__
能否被磁铁吸起？＿红棕色固体粉末否Fe2O3 实验步骤:1.反应前先检查装置的＿＿＿＿
2.装入药品，连接好装置
3.先制CO气体，然后验纯，若已纯，通CO气体一会儿,再用酒精灯对着氧化铁加热。4.观察氧化铁的颜色变化和石灰水的变化
5.反应结束，先撤氧化铁处酒精灯，稍稍冷却后停止通CO气体
6.待冷却后取出产物，用磁铁吸引，看能否被吸起，判断反应中生成了什么物质。气密性(CO:早出晚归
酒精灯:迟到早退)仪器装置ABC实验步骤：给药品加热
通入CO停止通入CO
停止加热①通入CO
②给药品加热③停止加热
④停止通入CO1.组装查密
2.装入药品
3.验纯通气
4.点灯除尾
5.排空点灯
6.熄灯通气
7.冷却停气以防CO泄露，污染大气以防CO不纯，加热时发生爆炸排尽装置中的空气，以防加热时发生爆炸防止铁在较高的温度下重新被氧化;同时还可以防止石灰水倒吸。 以防未反应的CO污染大气实验步骤: 仪器装置ABC实验现象：拓展延伸尾气的处理：
方法一： ；方法二： ，
方法三： ， 目的： 。点燃用气球收集防止污染空气再利用 拓展延伸 在探究用赤铁矿(主要成分Fe2O3 )炼铁的主要反应原理时,老师设计的实验装置如图,实验中,小明发现一氧化碳白白烧掉太浪费了，对装置又进行了改进。猜一猜小明是怎样改进的？ABC 铁冶炼的化学原理一氧化碳与氧化铁反应基本反应原理：＿Fe2O3 +＿CO ＝ ＿Fe+＿CO2
高温Fe2O3→Fe3231现象：硬质玻管中粉末由红棕色变成黑色；试管中澄清石灰水变浑浊；尾气可燃，火焰呈蓝色。工业炼铁上述反应原理也用于工业炼铁:原料：主要反应:高炉 铁矿石、焦炭、热空气、石灰石工业炼铁的主要设备：｛①提供热源、维持炉温；
②生成还原气CO。造渣除杂Fe2O3+3CO ＝ 2Fe+3CO2高温＿Fe3O4 +＿CO ＝ ＿Fe+＿CO2高温4341 由于不同的金属的化学活动性不同，因此，常采用不同的冶炼方法。热还原法、电解法、热分解法等。
利用还原剂在高温下将金属从化合物中还原出来。Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2
WO3 + 3H2 === W + 3H2O
2CuO + C === 2Cu + CO2
高温 高温 高温热还原法通常把金属（如铁）跟氧气结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化 金属氧化物跟焦碳、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程称为金属氧化物的还原高炉炼铁金属的常用冶炼方法Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2高温Fe2O3+3H2 ==== 2Fe+3H2O高温2Fe2O3+3C ==== 4Fe+3CO2↑高温 （即物质跟氧结合的反应称为氧化。物质失去氧的过程称为还原。同理：物质跟氧结合的反应叫氧化反应，这种物质叫还原剂。物质失去氧的反应叫还原反应，这种物质叫氧化剂。） 通常把金属（如铁）跟氧结合生成金属氧化物（如氧化铁）的过程称为金属的氧化。金属氧化物跟焦炭、氢气、一氧化碳等物质反应，失去氧转化为金属的过程，称为金属氧化物的还原。 如在反应3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2中，Fe2O3失去氧的过程，称为Fe2O3被还原。Fe2O3发生的反应就叫还原反应。Fe2O3是氧化剂，CO跟氧结合被氧化，是还原剂。湿法冶金（金属）
用活泼金属将一些不太活泼的金属从其盐溶液中置换出来。适于处理金属含量较低和组分比较复杂的原料，如有色金属和稀有金属。
举例：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu热分解法2HgO === 2Hg + O2↑ 2Ag2O === 4Ag + O2↑常用于不活泼金属（Hg、Ag等）的冶炼。Au、Pt可通过金沙淘洗获得。电解法 在金属活动性顺序中，K、Na、Ca、Al等活泼金属的还原性很强，都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。2Al2O3====4Al + 3O2↑ 2NaCl====2Na + Cl2↑通电通电△△金属的常用冶炼方法有关杂质问题的计算 以生铁为原料，利用氧气或铁的氧化物将一部分碳等杂质变为气体或炉渣而除去的过程。 目的：降碳、调硅锰、除硫磷。 原理：工业炼钢地壳中元素的排名
地壳中各元素的含量从大到小依次为氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢．．．．．．．
百分比分别为：氧48.06％、硅26.30％、铝7.73％、铁4.75％、钙3.45％、钠2.74％、钾2.47％、镁2.00％、氢0.76％、其他0.76％
氧、硅、铝、铁、钙是地壳中含量前五位的元素，其中氧占48.6%，硅占26.3。其它百分比分别为：铝7.73％、铁4.75％、钙3.45％、钠2.74％、钾2.47％、镁2.00％、氢0.76％、其他0.76％
在地壳中最多的化学元素是氧，它占总重量的48.6%；其次是硅，占26.3%；以下是铝、铁、钙、钠、钾、镁。丰度最低的是砹和钫，约占1023分之一。上述8种元素占地壳总重量的98.04%，其余80多种元素共占1.96%。
地壳中各种化学元素平均含量的原子百分数称为原子克拉克值，地壳中原子数最多的化学元素仍然是氧，其次是硅，氢是第三位。
大约99%以上的生物体是由10种含量较多的化学元素构成的，即氧、碳、氢、氮、钙、磷、氯、硫、钾、钠；镁、铁、锰、铜、锌、硼、钼的含量较少；而硅、铝、镍、镓、氟、钽、锶、硒的含量非常少，被称为微量元素。表明人与地壳在化学元素组成上的某种相关性。
地壳中含量最多的元素是氧，但含量最多的金属元素则要首推铝了。
铝占地壳总量的7．73％，比铁的含量多一倍，大约占地壳中金周元素总量的三分之一。
铝对人类的生产生活有着重大的意义．它的密度很小，导电、导热性能好，延展性也不错，且不易发生氧化作用，它的主要缺点是太软。为了发挥铝的优势，弥补它的不足，故而使用时多将它制成合金。铝合金的强度很高，但重量却比一般钢铁轻得多．它广泛用来制造飞机、火车车厢、轮船、日用品等。由于用的导电性能好，它又被用来输电．由于它有很好的抗腐蚀性和对光的反射性．因而在太阳能的利用上也一展身手。
金属的冶炼方法
1.热分解法
运用于不活泼的金属，如汞可用氧化汞加热制得。
2热还原法
用还原剂（氢气，焦炭，一氧化碳，活泼金属等）还原。
如制钨用氢气或铝（铝热反应，在制取一些熔点高的金属是可以用这个方法）制铁用焦炭。
3电解法
电解法冶金会消耗大量的电能成本较高，但冶炼的金属纯度高一般用于金属的精炼.适用于K，Ca，Na，Mg，Al等活泼金属。
4其他方法
CuSO4+Fe==Cu+FeSO4
Na+KCl==K+NaCl（反应条件是高温，真空）
原理是高沸点金属制低沸点金属。
