考点28   生铁的冶炼

命题趋势

该考点的命题主要是通过创设相关实验、问题情景或图表信息等，来考查学生对铁的冶炼的原理、原料、设备、涉及的反应、和产物的理解或掌握情况，以及对金属元素的存在及常见的金属矿物、金属冶炼的原理、氧化还原反应、常用的还原剂、碳和碳的氧化物的化学性质、石灰石的化学性质、化学方程式的书写、质量守恒定律、含杂质物质的化学反应的计算、环境的污染、酸雨的产生等相关问题的分析、推断、表达的能力和对知识的迁移能力等；并且，经常将其与这些相关知识等关联起来，进行综合考查。铁的冶炼是历年来中考命题的热点；命题方式是根据碳和碳的氧化物的化学性质、石灰石的化学性质、氧化还原反应的原理、常用的还原剂、酸雨的产生、化学方程式的书写、质量守恒定律、含杂质物质的化学反应的计算等来分析、推断、探究、选择或解答有关铁的冶炼原理、原料、设备、涉及的反应、和产物及其有关计算等实际问题，或者是反过来考查，或者是对所给的有关铁的冶炼的某些表达进行科学地判断等等。题型有选择题、填空题、实验探究题。

考查重点

1. 一氧化碳还原氧化铁

2.金属的锈蚀与防护

3.含杂质物质的相关计算

重点考向

考向一、金属在自然界中的存在形式

1．存在形式

金属资源广泛存在于地壳和海洋中，除少数极不活泼的金属如金、银等以单质形式存在外，其余都以化合物形式存在。

2．几种常见的金属矿石及主要成分

跟踪训练

1．（2020·深圳外国语九年级上学期期末）下列矿石冶炼时产生的物质会污染空气且能形成酸雨的是（     ）

A．赤铁矿（Fe2O3） B．黄铁矿（FeS2） 

C．菱铁矿（FeCO3） D．磁铁矿（Fe3O4）

2．“绿色化学”的理念正深入人心，工业生产更应关注。从效益与环保角度最不适宜炼铁的是（    ）

A．赤铁矿（Fe2O3）        B．磁铁矿（Fe3O4）   

C．黄铁矿（FeS2）        D．菱铁矿（FeCO3）

3. 科学实践活动为同学们创设了独立思考和实践的机会．请回答：

（1）晓兰参观中国地质博物馆，看到了许多矿石标本，其中的4种矿石及其主要成分如下：

①上述矿石标本的主要成分中，所含元素种类最多的是　 　（填字母序号）。

②她根据辉铜矿的主要成分，推测以辉铜矿为原料，可制得含铜元素或含硫元素的产品，她的依据是化学反应前后　    　不变。

③她依据化学式计算出Cu2(OH)2CO3的相对分子质量为222，计算式为　             　。

（2）参观结束时，老师进行了小结，并就金属冶炼和金属回收再利用提出了两个问题，请同学们用化学方程式作答。

①工业上用一氧化碳和赤铁矿炼铁的原理是　                　。

真题再现

1．（2021·山东潍坊）《天工开物》对钢铁冶炼过程有如下记载。有关说法正确的是（    ）

A．“垦土拾锭”：铁元素是地壳中含量最高的金属元素

B．“淘洗铁砂”：铁矿石（主要成分为Fe2O3）能溶于水

C．“生熟炼铁”：冶炼铁过程中发生了化学变化

D．“锤锻成钢”：生铁高温锻打成钢，碳元素含量升高

2．（2021·浙江湖州）工业炼铁的部分反应如下所示，则（　　）

O2CO2COFe

A．X可以是木炭

B．X与CO都具有氧化性

C．③反应后的尾气可直接排放

D．Y中铁元素以游离态存在

3．(2019湘潭)钢铁厂会利用焦炭产生的还原性气体来炼铁，某同学用此原理按如图装置进行实验。下列说正确的是（    ）

A．该实验不需要增加尾气处理装置

B．该实验应先通入一段时间的CO验纯后再加热

C．NaOH溶液可以检验气体产物

D．反应结束后，含有未反应的Fe2O3固体，可以采用加入盐酸的方法来提纯铁

4．（2021·江苏连云港）回收含铜废料(主要成分为Cu)中的铜，部分实验流程如下：

注：灼烧后得到黑色固体和残留物，残留物不溶于水和稀硫酸。

下列关于该流程的说法，错误的是（    ）

A．“灼烧”的主要目的是将Cu转变为CuO                      B．滤液X中的溶质为FeSO4

C．“酸溶”和“还原”过程中发生的反应均为置换反应 D．将Cu、Fe混合物加入足量稀硫酸中，充分反应后过滤得Cu

考向二、生铁的冶炼

1．一氧化碳还原氧化铁

（1）实验装置。

（2）实验步骤：①检查装置的气密性；②装入药品并固定装置；③向玻璃管内通入CO气体；④加热氧化铁；⑤停止加热；⑥停止通入CO气体。

（3）实验现象：红棕色粉末逐渐变成黑色；澄清石灰水变浑浊；尾气燃烧产生蓝色火焰。

（4）化学方程式：①3CO+Fe2O32Fe+3CO2(硬质玻璃管中)；

②Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O(试管中)；

③2CO+O22CO2(酒精灯处)。

（5）实验结论：红棕色的氧化铁被一氧化碳还原成单质铁。

2．工业炼铁

（1）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。

（2）冶炼原理：在高温下，利用炉内反应产生的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。

（3）设备：高炉(如图)

（4）炉内的主要反应

①产生CO：

C+O2CO2，CO2+C2CO。

②在高温下用还原剂CO把铁从铁矿石中还原出来：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。

易错警示

（1）实验操作分析。

①先通CO的目的：排出装置内的空气，以免加热时CO与空气混合，可能会发生爆炸。

②实验完毕后继续通入CO直到玻璃管冷却的目的：防止氧化铁还原成的铁粉在较高温度下被重新氧化。

③尾气处理：因为CO有毒，所以尾气中的CO气体要经过点燃处理或收集备用，防止污染空气。

（2）产物检验：可以用与盐酸反应的方法，若有气体生成，说明有铁生成。

知识拓展

1. 熟记和理解铁的冶炼的原理、原料、设备、涉及的反应、和产物及其相关知识等。

2. 根据所给的实验、问题情景或图表信息等，结合所学的相关知识和技能，细致地阅读、分析题意等，联系着生活实际，细心地进行探究、推理。

方法技巧

1、焦炭的作用：一是生成还原剂一氧化碳，二是提高高炉的温度；

2、石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅转化为炉渣除去；

3、高炉炼铁得到的铁是生铁，其主要成分是铁，还含有C、P、S等元素。

4、一氧化碳还原红棕色的氧化铁，得到黑色粉末--还原性铁粉，铁的形状不同颜色有差异。在用一氧化碳还原铁矿石的实验过程中，要特别注意在加热前必须将管内空气排尽，尾气要进行处理才能排放。注意观察装置中的加热仪器不同，一个是酒精灯，一个是酒精喷灯，一氧化碳还原铁矿石的反应条件是高温。

跟踪训练

1．（2020·四川内江·中考真题）下列有关模拟工业炼铁的叙述不正确的是（     ）

A．硬质玻璃管中红色固体变为银白色

B．用燃着的酒精灯可防止CO污染空气

C．赤铁矿的主要成分是Fe2O3

D．实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却

2．（2020·重庆初三一模）实验室用下图装置模拟炼铁，下列说法正确的是（     ）

A．磁铁矿的主要成分是Fe2O3

B．氧化铁发生了氧化反应

C．红棕色粉末逐渐变黑

D．实验结束时，先停止通CO，再停止加热

3. （2019·深圳中考）生铁用途十分广泛。工业上利用赤铁矿（主要成分是 Fe2O3，还含少量 SiO2 等杂质）冶炼生铁的过程如图：

回答下列问题：

（1）生铁属于________________材料（填“合成”或“金属”）。“高炉气体”中的________________（填化学式）会导致酸雨。

（2）“煅烧”时：

①生成CO的反应之一为C+CO22CO，该反应属于________________反应（填基本反应类型）。

②用化学方程式表示利用CO炼铁的原理________________________________。

③CaCO3和SiO2固体在高温条件下发生反应，生成CO2气体和CaSiO3，该反应的化学方程式为________________________________________________。

（3）生活中铁制品锈蚀的过程，实际上是Fe与空气中______________、______________等发生化学反应的过程。下列措施能防止铁制品锈蚀的是________________（填标号）。

A．涂油、喷漆       B．镀耐腐蚀的铬层

C．用盐水清洗       D．久置于酸性环境

真题再现

1．（2021·四川广安市·中考真题）利用如图所示实验装置模拟工业炼铁。下列说法正确的是（    ）

A．反应前后Fe元素的化合价由+2价变为0价 B．充分加热，a处固体由黑色变为红色

C．b处可以用澄清石灰水检验生成的CO2 D．可用水吸收尾气中的CO

2．（2021江苏苏州工业园区星湾学校一模）实验室里，用如图所示装置还原氧化铁的过程中，可能生成四氧化三铁、氧化亚铁或铁等固体物质。关于该实验，下列说法错误的是（    ）

A．实验时，先加热，再通入一氧化碳

B．为了减少空气污染，应增加尾气处理装置

C．实验结束时，应该先熄灭酒精灯，然后一直通一氧化碳，直到玻璃管冷却

D．实验时，试管中澄清的石灰水变浑浊，证明该反应有二氧化碳生成

3．（2021上海市静安区教育学院附属学校一模）甲图是一氧化碳还原氧化铁的装置，乙图是炼铁高炉示意图，下列叙述中正确的是（    ）

A．甲图中实验开始时应先点燃加热氧化铁的酒精喷灯，再通CO

B．乙图炼铁中原料焦炭的作用只是提供热量

C．高炉炼制出的生铁是铁合金的一种，属于合成材料

D．一氧化碳还原氧化铁的反应中，一氧化碳是还原剂，一氧化碳发生了氧化反应

4．（2021·江苏徐州·中考真题）铜及其化合物在生产生活中有重要应用。某同学对铜及某些含铜物质进行探究。

[温故如新]

（1）在①CuO②Cu（OH）2③CuCl2④Cu2(OH)2CO3[也可表示为CuCO3·Cu(OH)2]这4种物质中，属于碱的有___________（填序号）：除①CuO外，其余3种物质在常温下易溶于水有___________（填序号）。

（2）考古出土的春秋末期制造的青铜剑，历经2500余年，其表面且有一层薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。由此可知，青铜具有的特性有___________（任写一条）。铜器表面的薄锈是铜与空气中的氧气、水、___________等物质发生反应所形成。

[提出问题]

除H2、CO能还原CuO外，是否还有其他气体能够还原CuO得到金属铜？怎样从含CuCl2、FeCl3的某工业废液中回收金属铜和FeCl2溶液？

[查阅资料]

a、通常状况下，氨气极易溶于水形成溶液；加热时，氨气能与CuO反应生成氮气和金属铜等，可用如图所示装置验证。

b、在溶液中能发生反应2FeCl3+Fe=3FeCl2

[进行实验1]

（3）按图示连接装置，检查气密性后，加（通）入相关药品，后续操作均按规范要求进行，完成实验。

①将CuO粉末装入玻璃管A中的具体操作方法是___________。

②实验时，在试管B中能够观察到的现象是有液体出现，该液体是___________（填“纯净物”或“混合物”）。

③从环保角度看该装置的不足之处是___________

[进行实验2]

（4）取适量含CuCl2、FeCl3的某工业废液样品，向其中加入过量铁粉并充分反应后，过滤，将滤渣和足量___________（填“稀盐酸”或“稀硫酸"）充分反应，再___________（填操作名称）、洗涤、干燥即可回收得到金属铜；所得滤液中含有需要回收的FeCl2。

[拓展延伸]

（5）已知：加热时，葡萄糖溶液与氢氧化铜悬浊液能发生反应。实验室可用CuSO4溶液等物质检验葡萄糖的存在，具体实验过程为：在试管中加入2mL10%NaOH溶液，滴加5%CuSO4溶液5滴（每滴溶液按0.04mL计算。两种溶液的密度均按1g/mL计算），混合均匀，充分反应，得混合物A．再向上述试管中加入几滴10%葡萄糖溶液，并在酒精灯上加热至沸腾，片刻后生成红色沉淀B．检验完成。则混合物A显___________（填“中性”或“碱性”）；红色沉淀B是___________[填“CuO”或“Cu2O”"或“Cu（OH）2”]。

5．（2021·湖北鄂州·）某同学为探究碳在氧气中不完全燃烧的气体产物中，既可能有一氧化碳，又可能有二氧化碳，他设计了如图所示实验：

（1）装置A的作用是___________。

（2）实验过程中，观察到装置C中玻璃管里的红棕色粉末逐渐变黑，说明原气体产物中含有一氧化碳，反应的化学方程式是___________。

（3）通过观察装置D中澄清石灰水变浑浊，也能验证原气体产物中一氧化碳的存在，则装置B中应选择的试剂是___________。

A．足量的氢氧化钠浓溶液            B．浓硫酸            C．水

（4）写出尾气处理的一种方法：___________。

考向三、含杂质物质的计算

1．计算公式

（1）混合物中某物质的质量分数= ×100%=1−杂质的质量分数

（2）某物质的质量=混合物的总质量×该物质的质量分数

（3）混合物的总质量=

2．计算步骤

（1）将含杂质的物质的质量换算成纯物质的质量；

（2）将纯净物的质量代入化学方程式进行计算；

（3）将计算得到的纯物质质量换算成含杂质物质的质量。

跟踪训练

1．用1000t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（　　）

A．560t    B．571t    C．577t   D．583t

2．充分煅烧20t含碳酸钙80%的石灰石，可制得含杂质的生石灰的质量为（　　）

A. 8.96t                                 B. 11.2t                                 C. 10t                                 D. 12.96t

3．现有384t含Fe2O3 80%赤铁矿石，理论上可炼出含铁96%的生铁的质量为（　　）

A. 320t                                 B. 224t                                 C. 206 t                                D. 112t

真题再现

1. 工业炼铁是把铁矿石和焦炭等原料一起加入高炉，在高温下通入空气进行一系列反应把铁还原出来。
　(1)赤铁矿(主要成分为Fe2O3 )在高炉里反应生成单质铁的化学方程式是                        。
　(2)计算：
　　　① 5000t含氧化铁84％的赤铁矿中，氧化铁的质量是____________t；
　　　②上述赤铁矿理论上可炼得含铁98％的生铁___________t。
2. 钢铁公司用2000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的钢坯多少吨？
　　3. 现有含四氧化三铁85%的磁铁矿200t，用一氧化碳做还原剂，充分反应能炼出含杂质2%的铁多少吨？　　

4. 高温煅烧含杂质10%的石灰石（主要成分为CaCO3）100吨，可得生石灰（CaO）多少吨？

5．(2019福建)改革开放以来，我国钢铁工业飞速发展，近年来钢铁产量已稳居世界首位。某钢铁厂采用赤铁矿(主要成分为 Fe2O3)炼铁，反应原理为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。若该厂日产含铁1.4×104 t的生铁，至少需要含Fe2O3 80%的赤铁矿的质量是多少？(要求写出计算过程)

考向四、金属的锈蚀与防护

1．铁制品的锈蚀

（1）条件：与空气中的氧气和水同时接触。

（2）铁锈：主要成分是Fe2O3·xH2O，结构很疏松，不能阻碍里层的铁继续被锈蚀。

（3）钢铁的纯度、温度、湿度和酸碱性等也是影响钢铁锈蚀的因素。

2．防止铁生锈的常用方法

（1）干：保持铁制品表面洁净和干燥。

（2）膜：在铁制品表面覆盖保护膜，如在车、船的表面喷涂油漆，机械表面涂油，在杯子表面烧涂搪瓷等。

（3）镀：在铁制品表面镀一层其他金属，如在钢铁表面镀锌、镀铬等。

（4）烤：用化学方法使铁制品表面形成致密的氧化膜，如锯条上的烤蓝。

（5）改：改善金属的本质，制成合金，如在铁制品中加入镍、铬制成不锈钢，可以增强耐腐蚀性能。

3．保护金属资源

知识拓展

1. 金属腐蚀注意的问题

①铁锈的主要成分是氧化铁，颜色为红色，具有疏松多孔的结构，易吸水，所以铁制品表面的锈如果不及时除去，会加快生锈的速度；

②高温时或在盐水环境中，铁生锈的速度也会加快。用过的菜刀或炒完菜的铁锅上的水没擦干净，过一晚上会生锈，就是这个缘故。

2. 日常生活中常见的替代金属材料的用品有自来水管、下水管道、门窗等，它们是由金属材料改为塑料管或塑铝管、塑钢门窗。塑铝和塑钢属于特殊塑料，不是金属材料。

方法技巧

1、铜生锈需要铜与水、氧气、二氧化碳同时接触。生成碱式碳酸铜（铜绿Cu2(OH)2CO3）

2、铁生锈和铁燃烧的实质都是氧化反应，但铁燃烧时剧烈的氧化反应而铁生锈是缓慢氧化，反应产物铁锈是红色的，而四氧化三铁是黑色的。

跟踪训练

1．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，一周后下列推断正确的是（　　）

A．b管中铁钉一样会锈蚀 

B．L端液面比R端液面低 

C．该实验能说明铁锈蚀与空气、水都有关 

D．若将a管中的水改为食盐水能加快铁的锈蚀

2．下列环境中，铁钉表面最容易产生铁锈的是（　　）

A．部分浸没在食盐水中 B．在潮湿的空气中 

C．在干燥的空气中 D．浸没在植物油中

3．世界每年因锈蚀而损失的金属数量巨大，防止金属锈蚀已成为科学研究中的重要问题。下列有关金属锈蚀与保护措施不正确的是（　　）

A．铁生锈是铁与空气中的氧气和水发生化学反应的结果 

B．回收利用废旧金属是保护金属资源的有效途径之一 

C．铝的抗腐蚀能力比铁强，因为铝的金属活动性比铁强 

D．铝的抗腐蚀能力比铁强，因为铝表面会形成致密而坚固的氧化膜

真题再现

1．金属铜在自然环境中会生成绿色铜锈[其主要成分为Cu2(OH)2CO3]。下列关于铜锈的说法不正确的是（　　）

A．铜锈由四种元素组成 

B．铜锈不是纯净物 

C．铜锈生成与O2有关 

D．铜锈空气中受热分解将有红色物生成

2．控制变量法是实验探究的重要方法，如图是两个常见实验，说法不正确的是（　　）

A．甲实验可探究铁生锈与氧气、水有关 

B．甲中①②对比，可探究铁生锈是否与植物油有关 

C．乙实验可探究物质的燃烧需要接触氧气、温度需要达到物质的着火点 

D．乙中红磷不燃烧是因为温度没有达到红磷的着火点

3．连接香港、珠海和澳门的桥隧工程﹣港珠澳大桥己于2018年10月24日上午开通运行，请根据所学知识回答问题。

（1）港珠澳大桥的建成，大大缩短了两岸的车程，减少了煤、石油、　  　等化石的燃料使用，有利于环境保护。

（2）钢铁是大桥建设的重要材料，写出高温下一氧化碳把铁从赤铁矿石（主要成分是氧化铁）中还原出来的化学方程式　                     　。

（3）大桥的钢铁器件届时都将喷上油漆，其目的不但是为了美观，更是为了防止铁与空气中的　     　（填化学式）的发生反应而锈蚀。

（4）桥梁专用钢含有锰（Mn）元素，已知锰的活动性位于镁和锌之间，为了探究桥村料中Mn、Fe、Cu三种金属活动性强弱，某同学设计了下列实验（每步均充分反应），其中能达到实验目的的有　    　（填序号）。

A．CuCl2溶液中加入足量锰粉后，再加入铁粉

B．FeCl2溶液中加入足量铜粉后，再加入锰粉

C．稀盐酸中加入足量铁粉后，再加入铜粉，最后加入锰粉

D．向装有Mn丝、Fe丝、Cu丝的三支试管中加入等量同浓度稀盐酸

4．古往今来，金属材料和制品在我们的社会生活中一直起着非常重要的作用。

（1）写出用CO和磁铁矿为原料炼铁的化学方程式　                　。

（2））实验室中用如下实验来研究铁、铝、铜三种金属活动顺序及其在活动顺序表中相对氢的位置。

①乙实验观察到的现象是　                                   　。

②若将上述实验之一替换掉一种药品，即可达成实验目的。说明具体的改进方法：　                               　。

（3）某同学在实验室进行了两个有关金属性质的实验：

实验Ⅰ：硫酸铝溶液和铁粉混合

实验Ⅱ：硫酸铜溶液与铁粉混合

在上述两个实验结束后，该同学将实验Ⅰ和Ⅱ的物质全部倒入同一个烧杯中，发现烧杯内的红色固体明显增多，原因是　                       　（用文字说明）。一段时间后过滤，向滤渣中滴加盐酸，结果没有气泡产生。那么，滤液中所含金属离子的情况可能是　    　（填序号）。

①Al3+　②Al3+、Fe2+　③Al3+、Fe3+④Fe2+、Cu2+　  ⑤Al3+、Fe2+、Cu2+