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

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

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

12．(2017·永州)如图为教材中实验室模拟炼铁的实验改进装置(部分夹持仪器略去)。

实验步骤如下：

Ⅰ.连接好装置，先检查装置的气密性；

Ⅱ.装好药品，先通一会儿CO，再点燃酒精喷灯；

Ⅲ.实验结束，先撤去酒精喷灯，继续通CO直至玻璃管冷却。

回答下列问题：

(1)实验中可看到A处玻璃管里的粉末由红色逐渐变黑，说明Fe2O3转化为__Fe__(填化学式)，B瓶中澄清石灰水变浑浊，该反应的化学方程式为__Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O__。

(2)步骤Ⅲ中先撤去酒精喷灯，继续通CO直至玻璃管冷却的目的是__防止生成的铁被空气中的氧气氧化__。

(3)盛满石灰水的B装置在此实验中的作用有下列说法：

①收集多余的CO

②检验并吸收反应生成的CO2

上述说法中正确的是__C__。

A．只有①　　B．只有②　　C．①和②

04　　拓展题

13．将CO通入盛有12 g Fe2O3的试管内，加热反应一段时间后，停止加热，继续通入CO至试管冷却，此时试管内残留固体的质量为9.6 g，则反应生成铁的质量为(B)

A．2.4 g B．5.6 g

C．8.4 g D．9.6 g

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：______________________。

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__。

(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．某学习小组用相同的洁净无锈的铁钉对铁制品锈蚀的条件进行探究，设计的实验如图所示，一周后观察，下列说法错误的是(C)

A．①和②中的铁钉无明显变化，③中的铁钉明显生锈

B．②中加入蒸馏水要事先煮沸，目的是除去水中溶解的氧气

C．③中铁钉的甲、乙、丙三处，甲处锈蚀最严重

D．探究发现铁生锈的主要条件是铁与空气和水(或水蒸气)直接接触

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)。

(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__。

12．某化学兴趣小组进行铁生锈的实验探究活动并设计如下实验装置：

(1)打开分液漏斗，一段时间后观察：A处铁丝依然光亮，B处铁丝表面灰暗，D处铁丝依然光亮。铁在空气中生锈是铁与__氧气__、__水__等物质作用的结果。

(2)A、B对比说明铁生锈与__水__有关；B、D对比说明铁生锈的快慢与__氧气的浓度__有关。

(3)一些建筑的铁质大门刷上了一层银白色的金属，你认为该金属可能是__c__。

a．银粉　　　b．铜粉　　　c．镁粉

(4)写出一种防止铁生锈的方法：__刷油漆__。

04　　拓展题

13．(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

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：____________________________。