化学九年级下册（2024）金属矿物与金属冶炼优秀学案设计

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▉题型1 生铁和钢
【知识点的认识】生铁和钢是铁的两种重要的合金．它们的主要区别是含碳量不同，生铁的含碳量要比钢的高．由于纯铁的质地软，实验在实际应用中使用铁制品一般都是生铁或钢等合金．生铁和钢的比较如下表所示：
1．关于生铁和钢的说法正确的是（ ）
A．生铁就是钢，没什么区别
B．生铁是混合物，钢是纯净物
C．生铁和钢的主要成分都是铁，都是铁和碳的合金
D．生铁中的含碳量小于钢
2．物质的性质决定了物质的用途，下列物质的性质与用途不对应的是（ ）
A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃
B．一氧化碳有可燃性，可作为燃料
C．二氧化碳能与水反应，可用于灭火
D．不锈钢的抗腐蚀性好，可用于制造医疗器械
3．生铁和钢在组成上的主要区别在于（ ）
A．含杂质种类不同B．含碳量多少不同
C．机械加工性能不同D．耐腐蚀性不同
4．下列对生产、生活实际问题的解释不正确的是（ ）
A．金刚石和石墨物理性质差异大的原因是碳原子构成不同
B．CO和CO2化学性质差异大是因为分子构成不同
C．生铁和钢性能不同是因为含碳量不同
D．氧元素和镁元素化学性质不同是因为原子最外层电子数不同
5．下列有关事实的相关解释，错误的是（ ）
A．生铁和钢的机械性能不同﹣﹣含碳量不同
B．铁原子和铁离子化学性质不同﹣﹣最外层电子数不同
C．水和过氧化氢的化学性质不同﹣﹣组成元素种类不同
D．金刚石和石墨的硬度不同﹣﹣碳原子的排列方式不同
6．下列有关物质的性质与其用途的说法不正确的是（ ）
A．氖气通电时发红光﹣﹣用作霓虹灯
B．不锈钢耐腐蚀﹣﹣制造医疗器械
C．氧气能支持燃烧﹣﹣用作燃料
D．金刚石硬度大﹣﹣用于裁玻璃
7．下列描述正确的是（ ）
A．“滴水成冰”是化学变化
B．“花香四溢”表明分子在不断运动
C．“釜底抽薪”是为了降低可燃物的着火点
D．“百炼成钢”指生铁经多次煅炼转化为纯铁
8．日常生活、生产以及社会发展中，往往蕴含了许多化学知识。请根据要求回答下列问题：
（1）根据干冰升华可吸收大量热，写出干冰的一种用途 。
（2）生铁和钢都是铁的合金，二者的区别是 。
（3）选择金属钨作白炽灯泡的灯丝，体现它独特的物理性质是 。
（4）解释古代字画经久不变色的原因 。
9．阅读科普材料，回答问题。
我国古代科技璀璨夺目，金属的冶炼与应用在当时已处于世界先进水平。根据明代《天工开物》描述的冶铁方法，可以大致描绘出当时的生产流程如图所示。这一工艺过程得到的熟铁应该为中碳钢或低碳钢，这种把炼铁炉和炒铁炉串联使用的生铁、熟铁连续生产工艺，是现代冶金工艺的前身。在冶炼熟铁时，用柳木棍快速搅拌，增大铁水与空气的接触面积，使其中的碳被空气中O2转化成CO2而除去。这种在液态或半液态状况下通过搅拌使生铁逐步氧化脱碳的工艺，不但节约燃料而且可以连续地较大规模生产，是冶金技术史上的创举。
（1）过程主要有下面几个阶段，主要发生化学变化的是 （填字母）。
a．选矿——根据颜色和密度来挑选
b．熔炼——加入木炭并鼓入空气加热直至液态
c．铸造——将铁水倒入准备好的模具中搅拌
d．用木棍疾搅铁水使之与空气充分接触
（2）从充分燃烧的角度看，两人推动风箱，目的是 。
（3）不断翻炒液态生铁，主要目的是减少铁水中的 ，从而得到熟铁。
▉题型2 常见的金属矿石
【知识点的认识】
常见金属矿物主要指以下三种：
1．铁矿石有赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、磁铁矿（主要成分是Fe3O4）、菱铁矿（主要成分是FeCO3）和黄铁矿（主要成分是FeS2）等．
2．铜矿石有孔雀石[主要成分是Cu2（OH）2CO3]、赤铜矿（主要成分是Cu2O）、黄铜矿（主要成分是CuFeS2）和辉铜矿（主要成分是Cu2S）等．
3．铝矿石有铝土矿（主要成分是Al2O3）、明矾（KAlSO4•12H2O）或水铝石（主要成分是Al2O3•H2O）等．
10．近年来，我国在探索宇宙的过程中取得巨大成就，其中最引人关注的是首次在月球上发现新矿物“嫦娥石”。科研团队对“嫦娥五号”携带的第一批月壤样品进行研究时，发现了一种含钙、钠、镁等金属元素的磷酸盐矿物。为确认其是否为新矿物，他们又对“嫦娥六号”携带的第二批月球样品继续展开研究，从14万个颗粒中再次找到了该矿物的踪迹，并在聚焦离子束电子显微镜的帮助下，成功分离出一颗粒径约10微米、仅有普通人头发直径十分之一大小的单晶颗粒（如图），并利用单晶X射线衍射仪对晶体结构进行解译，获得结构数据，被国际矿物学会确认为一种新矿物。此外，我国研究团队还从月壤样本中提取出具有催化作用的活性成分，在以水为原料、以阳光为能源制备氢气和氧气的反应中，发现其催化性能优于地球表面玄武岩，为未来将月球建设成为宜居环境迈出了最关键的一步。
（1）“嫦娥石”晶体的形状是圆柱形，其中含有的一种离子的符号为 。
（2）从14万个颗粒中成功分离出“嫦娥石”借助的仪器是 。
（3）你认为科研团队会对“嫦娥石”进一步研究的内容是 。
▉题型3 一氧化碳还原氧化铁
【知识点的认识】碳、一氧化碳、氢气还原氧化铜实验是初中化学中三个非常重要的典型实验．它们的具体实验情况如下：
1．化学反应方程式分别是C+2CuO高温¯2Cu+CO2↑、CO+CuO△¯Cu+CO2和H2+CuO△¯Cu+H2O．
2．实验装置如图所示：
3．操作及注意事项分别是：（1）碳还原氧化铜时，要把刚烘干的碳粉和氧化铜粉末要均匀混合后，平铺在试管底部，试管口略向下倾斜（防止有水倒流到试管底部，使其炸裂），在酒精灯的灯焰上最好加一个网罩（以使火焰集中并提高温度，或者使用酒精喷灯来加热）；实验结束时，要先撤出导气管，再移走并熄灭酒精灯，待试管冷却后再把试管内的粉末倒在纸上（防止石灰水倒吸到试管里，炸裂试管；也为了使粉末冷却，防止还原出来的铜再次被氧化）．（2）一氧化碳还原氧化铜时，反应前，先通一段时间一氧化碳，然后再加热（目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气，防止一氧化碳与其中的空气混合后，被点燃发生爆炸）；反应后，先撤走并熄灭酒精灯，等固体冷却后再停止通一氧化碳（目的是防止石灰水倒吸到玻璃管内，使其炸裂；也为了使固体冷却，防止刚还原出来的铜再次被氧化）；并且，由于一氧化碳有毒，如果直接排放到空气中，会造成污染，所以还要用点燃或收集的方法等来处理尾气．（3）氢气还原氧化铜时，反应前，试管口略向下倾斜（防止有水倒流到试管底部，使其炸裂；同时，也有利于氢气在试管底部聚集参与反应），将氢气验纯后先通一段时间氢气，然后再加热（目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气，防止氢气与其中的空气混合后，被点燃发生爆炸）；反应后，继续通入氢气，直到试管及其中的固体冷却后，再停止通氢气（目的是为了使固体冷却，防止刚还原出来的铜再次被氧化）．
4．实验现象分别是：（1）碳还原氧化铜时，试管中的固体由黑色逐渐变成亮红色，澄清的石灰水变浑浊．（2）一氧化碳还原氧化铜时，玻璃管中的固体由黑色逐渐变成亮红色，澄清的石灰水变浑浊，并且有气泡从中不断地溢出．（3）氢气还原氧化铜时，试管中的固体由黑色逐渐变成亮红色，同时管口有水滴生成．
11．如图是实验室模拟工业炼铁的装置图，下列说法不正确的是（ ）
A．通入的CO要先验纯
B．实验开始时，应先通CO，再点燃酒精喷灯
C．应把尾气通入水中，以除去尾气中的CO
D．实验中，B处红棕色粉末变黑，C处变浑浊
12．如图是实验室模拟钢铁厂炼铁的实验装置。下列说法正确的是（ ）
A．该实验不需要增加尾气处理装置
B．该实验观察到黑色粉末变红色
C．该实验应先点燃酒精喷灯，再通入CO
D．应该将氢氧化钠溶液换成澄清石灰水来检验气体产物
13．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．实验时应先点燃酒精灯后通CO
B．b处可用澄清石灰水检验生成的CO2
C．充分加热，a处固体由黑色变为红色
D．可用NaOH溶液吸收尾气中的CO
14．如图为一氧化碳还原氧化铁实验。下列说法中正确的是（ ）
A．开始时应先预热玻璃管，后通入一氧化碳
B．实验中玻璃管里粉末由黑色逐渐变成红棕色
C．试管中石灰水的作用只是检验生成的气体是否是二氧化碳
D．将尾气点燃或收集，可防止一氧化碳污染空气
15．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
16．有位同学设计了下列实验（装置及所用试剂如图所示），仔细观察后回答下列问题。
（1）在给氧化铁加热时，要先通入一氧化碳气体后加热，其目的是 。
（2）在C处看到的现象是 ，说明反应后有 生成。
（3）本实验设计中，在B处所采取措施的目的是 。
（4）写出该反应的化学方程式 。
17．化学小组同学用如图所示装置模拟工业炼铁，请回答下列问题：
（1）写出如图装置中直玻璃管内发生反应的现象，化学方程式 。
（2）从环保角度考虑，对以上装置的改进措施是 。
（3）实验加热前先通一氧化碳的目的 。
18．为了研究炼铁原理，某校九年级综合实践活动小组按如图所示，用一氧化碳与氧化铁反应进行实验，现请你一起参与。
（1）A装置玻璃管中观察到的现象是 ，反应的化学方程式为 。
（2）B发生反应的化学方程式为 。
（3）实验结束后，应该 （选序号）。
①先停止通一氧化碳，再停止加热
②停止加热，再通一氧化碳一段时间直至硬质玻璃管冷却至室温
③无所谓先后顺序
19．为了研究炼铁原理，某校九年级综合实践活动小组按如图所示，用一氧化碳与氧化铁反应进行实验，现请你一起参与。
（1）该实验开始时，要先通一会儿一氧化碳再加热，其目的是 。
（2）实验进行一段时间后，A装置中出现的现象为 ，发生反应的化学方程式是 。
（3）实验结束后，应该 （选序号）。
①先停止通一氧化碳，再停止加热
②停止加热，再通一氧化碳一段时间直至硬质玻璃管冷却至室温
③无所谓先后顺序
20．据所给内容回答问题：
（1）工业上若以赤铁矿为原料来炼铁，其反应原理是 （用化学方程式表示）。
（2）在实验室里可利用如图装置制得铁。
①实验中可观察到的实验现象：A 、B 。
②C处酒精灯的作用是 。
21．某兴趣小组的同学利用如图装置探究工业炼铁的化学原理。
（1）实验前要先通入一氧化碳，然后再加热；实验过程中观察到硬质玻璃管内的红棕色物质逐渐变为 色，写出反应的化学方程式： 。
（2）实验过程中必须对尾气进行处理，利用支架调节酒精灯的高度，用酒精灯火焰的
点燃。
（3）通过上述实验探究，同学们总结一氧化碳的化学性质有 。
22．某实验小组模拟高炉炼铁的化学反应原理进行实验，其装置如图所示。
（1）A处发生反应的化学方程式是 。
（2）B中发生反应的化学方程式是 。C处点燃酒精灯的目的是 。
23．实验室可用如图装置模拟工业炼铁。
（1）一氧化碳与氧化铁（Fe2O3）反应的化学方程式是 。
（2）实验前先通入CO的目的是 硬质玻璃管中看到的颜变化是 ，试管中出现的现象是： 。
（3）装置图末端的导气管口放一盏燃着的酒精灯，这样做的目的是 。
（4）为检验反应后有铁生成，进行如下实验：将反应后的固体取少量放入稀盐酸中，观察到有气泡冒出。该反应的化学方程式是 。
▉题型4 铁的冶炼
【知识点的认识】铁的冶炼是从铁矿石中将铁还原出来的一个复杂过程．
具体的铁的冶炼情况如下：
1．反应原理是在高温条件下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳作还原剂，从铁矿石中将铁还原出来（即Fe2O3+3CO高温¯2Fe+3CO2）．
2．主要原料有铁矿石、焦炭、石灰石和空气．其中，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）和黄铁矿（主要成分是FeS2）等；焦炭的主要作用是提供热量和产生还原剂CO；石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅等杂质转变为炉渣而除去．
3．主要设备是高炉．如图所示：
4．涉及到的反应（以赤铁矿为例）有：（1）焦炭燃烧产生热量并生成还原剂，即C+O2点燃¯CO2，CO2+C高温¯2CO．（2）氧化铁被CO还原成铁，即Fe2O3+3CO高温¯2Fe+3CO2；（3）SiO2与CaCO3分解产生的CaO反应生成硅酸钙，即CaCO3高温¯CaO+CO2↑，CaO+SiO2＝CaSiO3（炉渣主要成分）．
5．产物为生铁（主要为Fe、C合金）、滤渣（主要含有CaSiO3）和高炉气（主要含有CO）．
24．下列关于高炉炼铁的说法中正确的是（ ）
A．图中高炉炼铁的主要反应是3C+2Fe2O3 高温 4Fe+3CO2↑
B．焦炭通过反应2C+O2 点燃 2CO提供了冶铁所需的热能，同时生成了还原剂CO
C．炉气经过合理处理之后可用作气体燃料
D．高炉炼铁的产品是纯铁，可用来炼钢
25．下列关于工业炼铁的叙述中错误的是（ ）
A．使用的设备是高炉
B．主要原料为铁矿石、石灰石、焦炭和热空气等
C．主要原理是：2Fe2O3+3C 高温 4Fe+3CO2↑
D．主要产物为生铁
26．人类社会的文明进步与金属材料的发展密切相关。
（1）商代文物黄金面罩，其制作工艺先进，薄如蝉翼，利用了黄金良好的 性。
（2）明代《天工开物》中记载“炒钢法”的生产工艺是现代钢铁冶炼的先者。现代高炉炼铁中一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为 ，原料中焦炭的作用是提供热量和 （用化学方程式回答）。
（3）铝被广泛应用，原因之一是铝的抗腐蚀性能良好。铝具有良好抗腐蚀性能的原因是 。
27．钢铁工业中，常用赤铁矿（主要成分是Fe2O3）与一氧化碳反应来炼铁．请写出此反应的化学方程式 。不锈钢是一种 （填“合金”或“金属”），为 （填“纯净物”或“混合物”）。
28．科学精神与社会责任，是化学学科素养更高层面的价值追求。在一次实践活动中，小红和同学们一起参观了某钢铁公司，大家对矿石选取、冶铁和炼钢的工艺流程（如图）、生铁和钢的区别等，有了全新的认识。
（1）用赤铁矿石冶铁的反应原理是 （用化学方程式表示）。
（2）分析工艺流程，三脱装置中发生反应的化学方程式是 。 （写一个）。
（3）向精炼炉中吹入氩气使钢水循环流动，各成分均匀混合，相当于化学实验中
的作用（填一种仪器的名称）。
（4）在钢水铸件机中，高温钢加工成钢制零件时，充入氮气的作用是 （合理即可）。
29．竖炉炼铁的工艺流程示意图如图所示，请回答下列问题。
（1）赤铁矿石属于 （填“纯净物”或“混合物”）。粉碎机将矿石粉碎的目的是 。
（2）还原反应室中发生的两个还原氧化铁的反应，化学方程式分别为Fe2O3+3H2高温 2Fe+3H2O和 。
（3）催化反应室中发生的反应之一为CH4+X催化剂¯高温2CO+2H2。其中，X的化学式为 CO2 。
（4）与传统的高炉炼铁比较，竖炉炼铁有什么优势？ 。
30．高炉炼铁所需的原料有铁矿石、焦炭、石灰石等，其过程可用下图简要表示：已知气体①、气体②和固体③均属于氧化物。
（1）气体②的化学式为 。
（2）炼铁高炉底部通过不同高度的出口分离铁水与炉渣（如图2所示）。能实现渣铁分离的原因是是因为炉渣具有 的性质。
（3）如图3为实验室模拟炼铁的实验。下列关于该实验的说法中不正确的是 （填字母）。
A．先点酒精灯，再通一氧化碳，然后点酒精喷灯
B．直玻璃管内黑色物质变红，澄清石灰水变浑浊
C．炼出的铁与工业炼铁得到的铁成分不同
D．结束后先撤酒精喷灯后停止通入CO
31．（1）工业上炼铁、炼钢和轧制钢材的主要流程如图所示。
①炼铁高炉中焦炭的作用：提高炉温； （用化学方程式表示）。
②欲提高高炉炼铁的速率，可采取的措施是 等。
③将钢锭轧成钢板，体现了金属的 性。
（2）根据所学的化学知识，你认为金属大规模开发、利用的先后顺序跟下列哪些因素有关？ （填字母）。
a.地壳中金属元素的含量
b.金属的导电性
c.金属的活动性
d.金属的延展性
e.金属冶炼的难易程度
▉题型5 常见金属的冶炼方法
【知识点的认识】常见金属的冶炼方法主要有以下5种：
1．电解法，主要使用于金属活动顺序表中钠至铝之间的金属的冶炼．例如，钠的冶炼：2NaCl（熔融） 通电 2Na+Cl2↑；镁的冶炼：MgCl2（熔融）） 通电 Mg+Cl2↑；铝的冶炼：2Al2O3（熔融） 通电 4Al+3O2↑．
2．热还原法，主要使用于金属活动顺序表中锌至铜之间的金属的冶炼．例如，
（1）用H2作还原剂（优点：得到的金属较纯，污染小，但价格较贵），如H2+CuO △ Cu+H2O；
（2）用C（焦炭、木炭）、CO作还原剂（火法冶金；缺点：易混入杂质，污染空气），如 C+2CuO 高温 2Cu+CO2↑、CO+CuO △ Cu+CO2，C+ZnO 高温 Zn+CO↑（我国是世界上冶炼锌最早的国家，明朝宋应星在《天工开物》一书中有记载），3C+2Fe2O3 高温 4Fe+3CO2↑、3CO+Fe2O3 高温 2Fe+3CO2；
（3）用Al作还原剂（铝热剂）冶炼难熔的金属，如2Al+Fe2O3 高温 2Fe+Al2O3；
（4）用Na、Mg等活泼金属作还原剂冶炼Ti等现代的有色金属，即4Na+TiCl4（熔融） 高温 氩气Ti+4NaCl、2Mg+TiCl4（熔融） 高温 氩气Ti+2MgCl2（钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料）．
3．加热法（即用加热其氧化物或锻烧其硫化物的方法），主要使用于Hg、Ag等不活泼金属的冶炼．如：2HgO △ Hg+O2↑、HgS+O2 △ Hg+SO2↑、2Ag2O △ 4Ag+O2↑．
4．置换法（湿法冶金），即根据金属的活动性顺序表的应用，利用排在金属活动性顺序中前面的金属把排在后面的金属从其盐溶液里置换出来．例如，Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu；2Al+3CuSO4＝Al2（SO4）3+3Cu；
5．物理提取法，主要使用于提取Pt、Au等极不活泼的金属．由于它们在自然界中以单质形式存在，且密度很大，用多次淘洗法去掉矿粒、泥沙等杂质，便可得到．
32．我国是世界上锌冶炼最早的国家。明代宋应星所著的《天工开物》中有关“火法”炼锌的工艺记载是：“每炉甘石（主要成分是碳酸锌）十斤装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼（反应后生成一氧化碳）垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出⋯⋯即倭铅（锌）也。”此工艺过程分解模拟如图。（已知：Zn的冶炼温度为904℃，Zn的沸点为906℃。）请结合图文信息，分析思考，解决问题：
（1）装入原料器之前，将炉甘石敲碎的目的是 。
（2）高温炉内，碳酸锌（ZnCO3）在高温条件下与煤的主要成分发生反应生成Zn和CO，反应的化学方程式为 。该反应生成物中碳元素的化合价为
价。
（3）从微观的角度分析，冷凝器内发生的变化主要原因是 。
（4）我国古代冶锌晚于铁和铜，结合已知信息，分析说明其中的原因是 。题型1 生铁和钢
题型2 常见的金属矿石
题型3 一氧化碳还原氧化铁
题型4 铁的冶炼
题型5 常见金属的冶炼方法

生 铁
钢
组 成
元 素
铁及少量碳、硅、锰、硫、磷
铁以及少量碳、硅、锰，几乎不含硫、磷
碳元素含量
2%-4.3%
0.03%-2%
分 类
用 途
白口铁：用于炼钢
灰口铁：制造化工机械、铸件
球墨铸铁：机械强度高，可代替钢
碳素钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢
合金钢：锰钢、不锈钢、硅钢钨钢
机 械
性 能
硬而脆、无韧性、可铸不可锻
坚硬、韧性大、塑性好、可铸、可锻、可延展
冶 炼
原 料
铁矿石、焦碳、空气、石灰石
生铁、氧气和铁的氧化物
反 应
原 理
在高温下，用一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。
在高温下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含有的过量的碳和其他杂质转化为气体或炉渣去掉。
设 备
高炉
转炉、电炉、平炉