中考化学复习专题6铁的冶炼 3页

铁的冶炼 例 1 某化学兴趣小组根据如图所示进行模拟炼铁的实验，并对产物成分进行探究。 经初步分析：无色气体 A 不含有单质 气体，黑色粉末 B 含有两种单质中的一种 或者两种。 高 炉 炼 铁 的 原 理 为 ： Fe2O3+3CO高温===2Fe+3CO2，请写出反应器中 一 氧 化 碳 是 如 何 产 生 的 化 学 方 程 式 ___________________________。 兴趣小组又分成甲、乙两组分别对无色气体 A 和黑色粉末 B 的成分进行探究。 【猜想与假设】 甲组在分析了炼铁的原理后，认为无色气体 A 中可能有 CO2，也可能有未反应的______。 乙组认为黑色粉末的成分中存在以下三种情况： 假设一：只含有铁。假设二：只含有_________。假设三：以上两种物质都含有。 【实验探究】 (1)为验证甲组的猜想，大家按下图示进行实验(箭头表示气体流向)： 当看到Ⅰ中澄清石灰水变浑浊，Ⅲ中灼热的氧化铜变红，可以确定无色气体 A 的成分 为______________，Ⅱ中浓硫酸的作用是______________________。 (2)为验证乙组中假设三成立，大家用物理和化学两种方法来进行探究： 实验方法 实验操作 实验现象 实验结果 物理方法 假设三成立 化学方法 取少量黑色粉末 B 于试管中，加入过量 的稀盐酸 假设三成立 写出黑色粉末 B 中加入过量的稀盐酸反应的化学方程式为______________________。 【交流反思】在做甲组的实验中发现其存在一个很不环保的缺陷，请指出来__________。 解析 炼铁时，把铁矿石、焦炭和石灰石一起加入高炉，碳燃烧生成二氧化碳，二氧化 碳在高温下与碳反应生成一氧化碳，再利用一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来，据此可写出 产生一氧化碳的两步反应的化学方程式。【猜想与假设】根据炼铁原理可推知，无色气体 A 中可能有 CO2，也可能有 CO；黑色粉末 B 中可能含有铁、碳或两者的混合物。【实验探究】 (1)Ⅰ中澄清石灰水变浑浊，说明无色气体 A 中含有 CO2；Ⅲ中灼热的氧化铜变红，说明无 色气体 A 中含有 CO；浓硫酸具有吸水性，起干燥作用。(2)因铁可被磁铁吸引，而碳不能被 磁铁吸引，因此物理方法可用磁铁来检验；铁可与稀盐酸反应产生气泡，而碳不能与稀盐酸 反应，用稀盐酸可进行检验；铁与稀盐酸盐酸反应生成 FeCl2 和 H2。【交流反思】甲组实验 中没有进行尾气处理，尾气中含有未反应完的 CO 气体，CO 气体有毒，会对空气造成污染。 答案 C+O2 高温===CO2、CO2+ C高温===2CO 【猜想与假设】CO C 【实验探究】(1)CO2、CO 干燥气体 (2) 实验方法 实验操作 实验现象 实验结果 物理方法 取少量黑色粉末 B，用磁 铁吸引 部分黑色粉末被吸引上来 化学方法 部分黑色粉末溶解，产生 气泡 Fe+2HCl= FeCl2+H2↑ 【交流反思】没有进行尾气处理 例 2 竖炉冶铁工艺流程如下图所示。 回答下列问题： (1)该工艺流程中，甲烷的作用是_____________，冶炼出的铁水属于__________(填“纯 净物”或“混合物”)。 (2)用化学方程式表示还原反应室内炼铁的原理____________________。(写一个) (3)该工艺流程中，可循 环利用的物质是____________________。 解析 从题中可知，甲烷的作用一是燃烧产生热量，二是甲烷与 CO2、H2O 反应合成 CO 和 H2；冶炼出的铁水属于生铁，其中含有少量的碳等，属于混合物；CO 和 Fe2O3 在高 温条件下反应生成 Fe 和 CO2；H2 和 Fe2O3 在高温条件反应生成 Fe 和 H2O；从题中信息可知： CO2 和 H2O 既是甲烷的燃烧产物，又是高温尾气的成分，它们进入催化反应室中可以得到 合成气(CO 和 H2)，因此可以判断在该过程中能够被循环利用。 答案 (1)燃烧产生热量、做生产合成气的原料 混合物 (2)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 或 3H2+Fe2O3 2Fe+3H2O(合理答案均可) (3)CO2 和 H2O(高温尾气) 例 3 钢铁工业是国家工业的基础。 (1)右图是教材中炼铁高炉及炉内化学变化过程示意 图，根据图示回答下列问题。 若右图中采用的铁矿石的主要成分为氧化铁，请写 出 A 区和 B 区所发生主要反应的化学方程式： A 区______________________________； B 区______________________________。 (2)某兴趣小组在实验室中模拟炼铁化学原理的实验， 对固体产物成分等进行探究。 【设计实验】用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实 验装置如右图。 【进行实验】该小组按上述实验设计，在一定温度下 进行了实验，测得下列数据： ①反应前玻璃管和内盛氧化铁 粉末的总质量 66.0g(玻璃管的质量为 60.0g) ②反应后玻璃管和内盛黑色固 体的总质量 65.8g(冷却到室温称量) 【分析与讨论】本实验中，玻璃 管内固体粉末由红色全部变为黑色。小明同学认为该黑色固体全部是铁，但小华同学提出了 质疑，于是大家提出查阅资料。 【查阅资料】①一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素 有关。 ②一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁。 四氧化三铁 氧化亚铁 氧化铁 铁粉 物 质性 质 颜色 黑色 黑色 红色 黑色 能否被磁铁吸引 能 不能 不能 能 【实验与猜想】①该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色 固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化铁和__________。 ②进行猜想：黑色固体粉末可能 a.全部为铁 b. __________ c.__________。 【 得 出 结 论 】 通 过 实 验 中 获 得 的 数 据 进 行 计 算 ， 得 出 黑 色 固 体 粉 末 为 ( 写 名 称)_________。 【反思与评价】①一氧化碳还原氧化铁的实验中，若要得到铁可适当提高反应温度和 延长反应时间。 ②实验装置图中采用虚线框内的装置，其作用有__________。 A.收集一氧化碳 B.吸收二氧化碳 C.检验二氧化碳 解析 A 区为生铁的产生区，即 CO 与 Fe2O3 反应生成 Fe 和 CO2，B 区主要为还原剂的 产生区，即 C 和 O2 反应，CO2 与 C 反应；根据题中信息，四氧化三铁和铁粉都能被磁铁吸 引，而氧化亚铁和氧化铁不能被吸引，则黑色粉末中不可能含有氧化铁和氧化亚铁，故黑色 粉末的可能组合为铁、四氧化三铁、四氧化三铁和铁的混合物；由于黑色粉末存在三种情况， 从铁元素守恒上可得出如下关系式： xFe2O3 ~ 2FexOy 160x 2(56x+16y) 6.0g 5.8g 160x﹕2(56x+16y)=6.0g﹕5.8g x﹕y=3﹕4，则黑色粉末为 Fe3O4(四氧化三铁) 仔细观察虚线框内的装置可知，洗气瓶内进气管、出气管都深入了瓶底，可推测出其作 用是吸收二氧化碳并收集一氧化碳。 答案 (1)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 C+O2 CO2 CO2+C 2CO (2)【实验与猜想】①氧化亚铁 ②铁和四氧化三铁 四氧化三铁(二者可互换) 【得出结论】四氧化三铁 【反思与评价】AB