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人教版九年级下册第八单元 金属和金属材料课题 3 金属资源的利用和保护课堂教学课件ppt
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这是一份人教版九年级下册第八单元 金属和金属材料课题 3 金属资源的利用和保护课堂教学课件ppt，共60页。
知识点一 铁的冶炼
1.金属资源的存在及存在形式
特别提醒 “沙里淘金”,说明金在自然界中以单质形式存在。
2.几种常见矿石的名称和主要成分
特别提醒 冶炼金属时,选择矿石应遵循的原则:(1)所需提炼金属的含量 高;(2)矿石中含对环境有害的元素少;(3)冶炼途径能够尽可能简便。
3.一氧化碳还原氧化铁(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:红色粉末逐渐变成黑色;澄清的石灰水变浑浊;尾气燃烧产生 蓝色火焰。
(4)化学方程式:①3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2(玻璃管中);②CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O(试管中);③2CO+O2 2CO2(导管末端)。(5)实验结论:红色的氧化铁被一氧化碳还原成单质铁,同时生成二氧化 碳。(6)注意事项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:防止氧化铁被还原成 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。
特别提醒 一氧化碳还原氧化铁的装置可进行如下改进,该装置既处理了 尾气,又节约了燃料。 图8-3-2
4.工业上铁的冶炼(1)主要设备:炼铁高炉。(2)原料:铁矿石、焦炭、石灰石和空气等。(3)发生的主要反应①产生还原剂:C+O2 CO2;CO2+C 2CO。②生成生铁:3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。
例1 (2019云南大理一模)实验室里用如图8-3-3所示装置还原氧化铁。关 于该实验,下列说法错误的是 ( )图8-3-3A.玻璃管中发生的反应不属于置换反应B.该实验说明一氧化碳既有可燃性又有还原性C.实验开始时,先点燃酒精灯给玻璃管加热,再通入纯净的一氧化碳
D.实验观察到的现象为红棕色固体变黑,澄清石灰水变浑浊
解析 一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,反应物均为化合物,不属 于置换反应。玻璃管中红棕色粉末逐渐变黑,说明一氧化碳具有还原性;尾 气能燃烧,说明一氧化碳具有可燃性。实验开始时,应先通入纯净的一氧化 碳,再点燃酒精灯给玻璃管加热,目的是排尽玻璃管中的空气,防止发生爆 炸。一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故实验过程中观察到的现 象为红棕色固体变黑,澄清石灰水变浑浊。
知识点二 含杂质物质的计算
1.原理化学方程式所表达的物质间的质量关系都是参加反应的纯物质间的关 系。如果有杂质,先要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。
2.公式(1)混合物中某物质的质量分数= ×100%(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=
3.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。
例2 (2018山西二模)(1)某钢铁厂每天需消耗5 000 t含Fe2O3 76%的赤铁矿 石,理论上该厂可日产含Fe 98%的生铁的质量是多少?(结果保留一位小数)(2)铁矿石的种类很多,除赤铁矿石外,常见的还有磁铁矿(主要成分是Fe3O 4)、黄铁矿(主要成分是FeS2)等,工业上一般不用黄铁矿来炼铁,其原因是 。
解析 (1)5 000 t赤铁矿中含Fe2O3的质量为5 000 t×76%=3 800 t,根据氧化 铁与一氧化碳反应的化学方程式,由氧化铁的质量可以计算铁的质量,从而 可以计算含铁98%的生铁的质量。(2)用于冶炼铁的铁矿石的选择原则是 含铁量高,不含或含有较少有害元素等。
答案 (1)5 000 t赤铁矿石中含Fe2O3的质量为5 000 t×76%=3 800 t设该厂理论上可日产含Fe 98%的生铁的质量是x3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 3 800 t 98%x = x≈2 714.3 t答:理论上该厂可日产含Fe 98%的生铁的质量是2 714.3 t。(2)黄铁矿含铁量低;含有对环境有害的元素硫(或在冶炼过程中会产生有 毒气体二氧化硫,污染环境)
知识点三 金属资源的保护
1.铁制品的锈蚀(1)条件:与空气中的氧气和水同时接触。(2)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,结构疏松,不能阻碍里层的铁继续被锈 蚀。
特别提醒 钢铁的锈蚀速率受外界环境的影响,会随着环境温度升高、湿 度增大、酸性增强而变快。
2.防止铁锈蚀的方法
3.保护金属资源
例3 (2019山东莱芜期末)根据探究铁钉锈蚀条件的图像,下列说法不正确 的是 ( ) 图8-3-4A.一段时间后观察,①中甲、乙、丙三处中生锈的只有乙处B.②中植物油的作用是隔绝氧气C.③中氯化钙的作用是作干燥剂D.对比①②③实验可得出铁生锈的条件是与氧气、水直接接触
解析 ①中甲、乙处的铁均能与氧气、水接触,所以一段时间后生锈的是 甲、乙两处。②中植物油的作用是隔绝氧气。氯化钙具有吸水性,③中氯 化钙的作用是作干燥剂。①试管中的铁钉能与氧气、水充分接触,②试管 中的铁钉只能与水接触,③试管中的铁钉只能与干燥的空气接触,一段时间 后,①试管中的铁钉生锈,②③试管中的铁钉没有生锈;对比①②③实验可 得出铁生锈的条件是与氧气、水直接接触。
题型一 炼铁原理的实验探究
例1 (2019山东泰安模拟)某化学实验小组用如图8-3-5所示的装置模拟工 业炼铁的原理,请你参与探究: 图8-3-5(1)实验进行一段时间后,玻璃管A中出现的现象为 ,反应的化 学方程式为 ;试管B中的现象为 。
(2)为保证安全和实验成功,该实验的操作步骤为 。(填序号)a.点燃A处酒精喷灯b.通入CO气体c.停止通入CO气体d.熄灭酒精喷灯(3)从环保角度看,该装置的不足之处是 。
解析 (1)一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳,所以 实验进行一段时间后,玻璃管A中红棕色固体变成黑色,试管B中澄清石灰 水变浑浊。(2)在加热前要先通一段时间一氧化碳,把装置内的空气排除干 净,防止一氧化碳和装置内的空气形成混合气体发生爆炸;反应结束后要先 熄灭A处酒精喷灯,等到生成的铁冷却后再停止通一氧化碳,防止灼热的铁 重新被氧化。(3)为了防止未反应的一氧化碳进入空气污染环境,要在B装 置的后面放一燃着的酒精灯点燃未反应的一氧化碳。
答案 (1)红棕色固体粉末变成黑色 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 澄清石灰水变浑浊 (2)badc (3)B装置后缺少尾气处理装置
点拨 一氧化碳还原氧化铁的实验需注意“一通、二点、三灭、四停”, 即先通一氧化碳,后点燃酒精喷灯加热;实验完毕后,先熄灭酒精喷灯,待硬 质玻璃管冷却至室温时停止通一氧化碳。
题型二 金属锈蚀条件的探究
例2 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8-3-6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 直接接触,其中试 管②中铁钉的A、B、C三处中 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 。
(3)沙漠地区的铁制品锈蚀较慢的原因是 。
解析 (1)由实验装置及“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”,可推测铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果;试管②中铁 钉的A、B、C三处中,B处最易生锈。(2)试管①中加入的蒸馏水要事先煮 沸,其目的是除去溶解在水中的氧气。(3)沙漠地区的空气干燥,所以铁制 品锈蚀较慢。
答案 (1)氧气和水 B (2)除去水中的氧气(3)空气干燥
点拨 探究金属锈蚀的条件通常采用控制变量法设计对比实验来进行。 解题时应注意找准对比实验中的变量。
易错点 对工业炼铁与实验室“炼铁”区分不清
例 (2018山东淄博淄川一模)化学兴趣小组用以下装置探究炼铁的原理 (根据需要,酒精灯可加网罩)。 甲
乙图8-3-7(1)乙中高炉炼铁时焦炭的作用是 。(2)装置甲炼得的铁与装置乙炼出的生铁在组成上的最大区别是 。(3)甲、乙两装置中共同发生的化学反应是 (用化学方程式表示)。
解析 (1)工业炼铁时,焦炭燃烧放出热量,其作用之一是提供热量;焦炭与 二氧化碳反应生成一氧化碳气体,其作用之二是生成炼铁所需的还原剂。 (2)装置甲炼得的铁是纯铁,装置乙炼出的是生铁。(3)甲、乙两装置中共 同发生的化学反应是一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化 碳。
答案 (1)提供热量,生成具有还原性的气体一氧化碳 (2)甲中炼得的铁不含碳,乙中炼得的铁含有碳(3)Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
纠错点睛 高炉炼铁过程中,焦炭在高炉中与通入的空气反应生成二氧化 碳,同时放出热量,热的二氧化碳又与焦炭反应生成一氧化碳,一氧化碳再 与铁矿石在高温条件下反应。
炼铁原理的探究与创新意识素养呈现 能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论,提出进一步探 究或改进实验的设想;能运用所学过的化学知识独立地去解决问题,从而达 到培养综合运用化学理论知识的能力、独立实验的能力和创新能力。
素养解读 化学实验可以深化学生对化学知识的理解、迁移和创新,对化 学原理规律的发现、认识和运用,以培养化学学科素养、化学信息素养、 化学思维素养和化学语言素养等。以炼铁原理的学习为载体,在实验探究 的过程中训练学生的思维能力,锻炼学生根据已有的学习经验来设计实验 步骤,思考实验过程中应注意哪些问题等。
例 (2018江苏徐州三中质检)我国是一个钢铁大国,钢铁产量居世界第 一。某化学实验小组的同学用下面的装置在实验室中模拟炼铁。请你和 他们一起完成相关探究。 图8-3-8(1)操作顺序是实验成功的关键,对于该实验,应 。(填 “先通入一氧化碳”或“先点燃酒精灯”)
(2)反应中可观察到粗玻璃管内的固体逐渐由 色变成 色,写出 该反应的化学方程式: 。(3)产物的检验:①初步检验:甲同学想对反应后的固体产物进行初步检验,请你帮他想出一 个物理方法: 。②进一步验证:乙同学想用化学方法对固体产物进行进一步验证,他将反应 后的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,发现只有部分变红。请写出生成 红色物质的化学方程式: 。(4)质疑与探究:①乙同学对产物的成分产生了质疑,查阅相关资料之后得知,一氧化碳还原 氧化铁的过程如下:首先,Fe2O3被还原为Fe3O4:3Fe2O3+CO 2Fe3O4+CO2。
然后,Fe3O4被还原为FeO:Fe3O4+CO +CO2(请将化学方程式补充完整)。最后,FeO被还原为Fe:FeO+CO Fe+CO2。②通过以上分析,甲、乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想:猜想一:Fe与Fe3O4;猜想二:Fe与FeO;猜想三:Fe、Fe3O4和FeO。已知:FeO、Fe3O4均为黑色,且Fe3O4有磁性,FeO、Fe3O4都不与硫酸铜溶液 反应。③为了对固体产物成分进行更客观的分析,甲、乙两位同学将所做实验整 理如下:
④实验反思:为了提高铁的产率,应适当 (填“降低”或“提高”)反 应温度。
解析 本题借助在实验室中模拟炼铁的原理及对产物的探究过程,考查了 能运用化学知识解决实际问题的核心素养。(1)一氧化碳具有可燃性,加热 前一定要先通入一氧化碳气体将空气排尽,然后给玻璃管加热;完全反应 后,为防止生成的铁重新被氧化,应先停止加热,继续通入一氧化碳至玻璃 管冷却。(2)一氧化碳能把红棕色的氧化铁粉末还原成黑色的铁粉,化学方 程式是Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。(3)由于铁可以被磁铁吸引,所以可以用磁铁吸引来确定固体产物;铁可以与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,反应的 化学方程式为Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。(4)①Fe3O4被CO还原为FeO和CO2的化学方程式为Fe3O4+CO 3FeO+CO2。③Fe与Fe3O4都可以被磁铁吸引,将反应后得到的黑色粉末用磁铁吸引,如果全部被吸引,则 说明猜想一成立;进一步证明,被吸引的是铁还是铁与四氧化三铁的混合 物,可将反应后得到的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,如果部分变红,
则说明猜想一成立;④由于在600 ℃以上Fe2O3才逐步转化为铁,所以提高温 度有利于提高铁的产率。
答案 (1)先通入一氧化碳 (2)红棕 黑 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 (3)①用磁铁吸引 ②Fe+CuSO4 FeSO4+Cu (4)①3FeO ③全部被吸引 部分变红 ④提高
1.用下列矿石冶炼金属时,排放的废气容易引起酸雨的是 ( )A.辉铜矿(主要成分Cu2S)B.赤铁矿(主要成分Fe2O3)C.磁铁矿(主要成分Fe3O4)D.铝土矿(主要成分Al2O3)
答案 A 酸雨主要是二氧化硫、氮氧化物的过度排放造成的。辉铜矿 中含有硫元素,在冶炼时会排放含二氧化硫的废气,故选A。
2.(2019重庆中考A卷)实验室用如图8-3-1所示装置模拟炼铁。下列说法正 确的是 ( ) 图8-3-1A.磁铁矿的主要成分是Fe2O3B.应先加热Fe2O3再通入COC.红棕色的粉末逐渐变黑D.气体通过澄清石灰水后可直接排放
答案 C 赤铁矿的主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分是Fe3O4;炼铁过 程中,加热前应先通入CO气体把装置内的空气赶走,防止加热时产生爆炸, 再加热Fe2O3;反应过程中可观察到红棕色粉末逐渐变黑;反应后的尾气中 含有CO有毒气体,不能直接排放。
3.某赤铁矿样品中含Fe2O3的质量分数为80%,则赤铁矿样品中铁的质量分 数为 ( )A.80% B.56%C.20% D.无法确定
答案 B Fe2O3中Fe的质量分数为 ×100%=70%,则赤铁矿样品中铁的质量分数为80%×70%=56%。
4.(独家原创试题)“蓝鲸2号”海上钻井平台是目前全球第二座超深水双 钻塔半潜式钻井平台,这个“海上巨无霸”有37层楼高。建造“蓝鲸2 号”需要大量的生铁。用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质不含铁 元素)来炼制生铁,若要炼制含铁96%的生铁63 t,假设在炼制过程中损失1 0%铁元素,则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是多少?
答案 63 t生铁中铁的质量为63 t×96%=60.48 t,则未损失之前铁的质量为 60.48 t÷(1-10%)=67.2 t。设生成67.2 t铁需要氧化铁的质量为x3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 x 67.2 t = x=96 t则需要铁矿石的质量为96 t÷(1-20%)=120 t答:理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是120 t。
解析 由“含铁96%的生铁63 t”,计算出铁的质量,由铁的质量,可计算损 失之前所炼铁的质量,再根据化学方程式可求出氧化铁的质量,最后可求出 含杂质20%的赤铁矿石的质量。
5.(2019江苏常州中考)按如图8-3-2所示装置进行实验,一周后发现铁钉锈 蚀最严重的位置是 ( ) 图8-3-2A.a处 B.b处C.c处 D.三处同样严重
答案 B 铁与氧气和水充分接触时容易生锈,b处铁钉最容易与氧气、水 同时接触,铁钉锈蚀最严重。
6.(独家原创试题)2019年4月22日是第50个世界地球日,今年的主题为“珍 爱美丽地球,守护自然资源”。下列做法中,不利于保护金属资源的是 ( )A.过度开采金属矿物B.寻找金属代用品C.防止金属的锈蚀D.回收易拉罐
答案 A 过度开采金属矿物,会造成金属资源的浪费,不利于保护金属资 源;寻找金属代用品、防止金属的锈蚀及回收易拉罐都是保护金属资源的 有效措施。
7.(2019四川内江中考)下列有关金属资源的利用与防护不合理的是 ( )A.经常用钢丝球擦洗铝锅表面,保持洁净B.在钢铁表面喷油漆可防止生锈C.废旧金属的回收利用,保护金属资源的有效途径之一D.改变金属的组成和结构,铸造成合金材料可优化其性能
答案 A 铝的表面有致密的氧化膜,能保护内部不被氧化,经常用钢丝球 擦洗铝锅表面会破坏氧化膜,加速铝的腐蚀;在钢铁表面喷油漆可以使铁隔 绝氧气和水,防止生锈;废旧金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之 一;制成合金改变了金属的组成和结构,可优化金属材料的性能。
1.(2017广西南宁二模)人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品 的主要材质在自然界以单质形式存在的是 ( )A.青铜器 B.铸铁宝剑C.黄金首饰 D.铝制炊具
答案 C 金的化学性质稳定,在自然界中主要以单质形式存在;铜、铁和 铝都以化合物的形式存在。
2.下列有关工业炼铁的叙述中,不正确的是 ( )A.炼铁用的设备是高炉B.炼铁的原料是焦炭、石灰石、铁矿石C.炼铁得到的生铁仍为混合物D.炼铁是用空气中的氧气将铁矿石中的杂质氧化除去
答案 D 工业炼铁的主要设备为高炉;工业炼铁的主要原料为铁矿石、 焦炭和石灰石等;工业炼铁的主要产物为生铁,是一种铁合金,属于混合物; 工业炼铁的主要原理是利用一氧化碳的还原性还原出铁矿石中的铁。
1.(2019广东中考)探究铁生锈的条件,有利于寻找防止铁制品锈蚀的方 法。下列对比实验设计与所探究的条件(蒸馏水经煮沸并迅速冷却),对应 关系正确的是 ( ) 图8-3-3A.甲和乙:水 B.乙和丙:空气C.甲和丙:空气 D.甲和丁:水
答案 D 一段时间后,甲试管中的铁钉只与干燥空气接触,不会生锈;丁试 管中的铁钉既与空气接触,又与水接触,会生锈,所以甲和丁比较可用于探 究铁锈蚀的条件之一是与水接触。
2.(2018江苏江阴期中)如图8-3-4所示,小文同学利用长柄W型玻璃管完成 了一氧化碳与氧化铁的反应。已知:甲酸在热浓硫酸的作用下分解生成一 氧化碳和水。下列有关实验的说法中错误的是 ( )图8-3-4A.灯罩的作用是集中火焰,提高酒精灯火焰的温度B.A处可观察到的实验现象是红棕色粉末变成黑色C.A处发生的反应中,一氧化碳夺取氧化铁中的氧,发生还原反应
D.该微型实验具有药品用量少、清洁环保、操作简单等优点
答案 C 一氧化碳还原氧化铁的反应条件是高温,灯罩的作用是集中火 焰,提高酒精灯火焰的温度;在高温的条件下,一氧化碳与氧化铁反应生成 铁和二氧化碳,A处可观察到红棕色粉末变成黑色;A处发生的反应中,一氧 化碳夺取氧化铁中的氧,发生氧化反应;该微型实验具有药品用量少、清洁 环保、操作简单等优点。
3.(2019河南中考)图8-3-5为一氧化碳还原氧化铁实验。下列说法中正确 的是 ( )图8-3-5A.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.参加反应的氧化铁和一氧化碳质量比为40∶7
D.将尾气点燃或收集,可防止一氧化碳污染空气
答案 D 实验开始应先通入一氧化碳,排出装置内的空气,再点燃酒精喷 灯加热玻璃管中的氧化铁;一氧化碳具有还原性,能与氧化铁反应生成铁和 二氧化碳,实验进行一段时间后,玻璃管中出现的现象是红棕色粉末逐渐变 黑;该反应的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,参加反应的氧化铁和一氧化碳质量比为160∶(28×3)=40∶21;一氧化碳有毒,直接排放到空气中 会污染环境,应将尾气点燃或收集起来。
4.联合钢铁工业的基本生产流程示意图如下: 图8-3-6请回答下列问题:(1)以赤铁矿(Fe2O3)为原料在高温下与一氧化碳反应的化学方程式是 。(2)炼钢炉中通入氧气的目的是 。
答案 (1)Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2(2)使生铁中的碳充分反应,降低含碳量
解析 (1)一氧化碳在高温条件下与氧化铁反应生成铁与二氧化碳;(2)炼 钢炉中通入氧气可以使生铁中的碳充分反应,降低含碳量。
5.(独家原创试题)对实验进行创新和改进是化学学习的重要内容,对课本 的实验进行改进是创新精神和能力的体现。课本实验中,铁生锈需要较长 的时间,某实验小组设计如下实验: 图8-3-7(1)写出甲试管中发生反应的化学方程式: 。(2)4分钟后观察:A处铁丝依然光亮,B处铁丝表面灰暗,D处铁丝依然光
亮。该实验说明铁生锈主要与 和 有关。(3)B、D处实验现象对比说明:决定铁生锈快慢的一个重要因素是 。(4)请写出日常生活中防止铁生锈的一种措施: 。
答案 (1)2H2O2 2H2O+O2↑ (2)H2O O2(3)氧气的浓度 (4)涂油(合理即可)
解析 (1)过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解为水和氧气。(2)4分钟 后观察到A处铁丝依然光亮,B处铁丝表面灰暗,D处铁丝依然光亮,说明铁 生锈主要与水和氧气有关。(3)B、D处铁丝所处位置的氧气浓度不同,出 现的现象不同,说明决定铁生锈快慢的一个重要因素是氧气的浓度,氧气浓 度越大,铁生锈速率越快。(4)在生活中可以通过在铁制品的表面刷漆、涂 油等方法使铁与氧气、水隔绝而防止生锈。
6.(2017辽宁丹东中考)工业上用赤铁矿石(主要成分是氧化铁)与一氧化碳 在高温条件下冶炼生铁。现有400 t含氧化铁80%的赤铁矿石。求:(1)该矿石中氧化铁的质量。(2)该矿石能冶炼出含杂质4%的生铁的质量。(计算结果精确到0.1)
答案 (1)400 t含氧化铁80%的赤铁矿石中氧化铁的质量为 400 t×80%=32 0 t。(2)设可炼出生铁的质量为x,含杂质4%的生铁的含铁量为1-4%=96%3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 320 t x×96% = x≈233.3 t答:可得含杂质4%的生铁233.3 t。
解析 (1)400 t含氧化铁80%的赤铁矿石中氧化铁的质量为 400 t×80%=32 0 t;(2)根据一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式,利用氧化铁的质量,即可 求得含杂质4%的生铁的质量。
1.(2019辽宁沈阳一模)图1是实验室模拟炼铁的装置,图2是此过程中通入 的CO质量与玻璃管内固体质量的关系,根据图示,下列说法不正确的是 ( )
A.b点表示通入CO一段时间后加热,反应开始发生B.c点表示Fe2O3粉末已完全参加反应C.d点表示反应结束后仍需继续通入COD.可根据通入CO的质量计算出固体粉末的质量
答案 D 实验开始先通入CO,排尽玻璃管内空气,防止加热时发生爆炸; 反应完成后继续通CO,防止生成的铁被重新氧化。a~b段红棕色粉末的质 量不变,说明反应尚未开始,所以b点表示通入CO一段时间后加热,反应开 始发生;c点表示红棕色粉末已完全参加反应;d点表示反应结束后仍需继续 通入CO;在实验未开始前以及实验结束后需要通入CO,这部分CO没有参 加反应,所以不能根据通入CO的质量计算固体粉末的质量。
2.下面是某学习小组关于Ag、Au、Cu、Fe、Al这几种金属的学习交流。 请你参与交流并回答下列问题:(1)李明同学在对上述金属分类时,他根据金属的某种化学性质相同,将 “Au、Cu、X”划分为一类,你认为X为 。(2)请你写出上述一种金属与AgNO3溶液反应的化学方程式: 。(3)王亮同学查阅到以上五种金属还能开采年限(根据储藏量和目前消耗速 度确定)的统计数据(如图所示)。请你结合图示,提出一条金属资源开发利 用的合理化建议: 。
答案 (1)Ag(或银)(2)Fe+2AgNO3 Fe(NO3)2+2Ag[或Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+2Ag或Al+3AgNO3 Al(NO3)3+3Ag](3)合理开采金属矿物(或回收利用废旧金属或使用金属代用品等)
解析 (1)Au、Cu均为氢后金属,均不能与稀盐酸、稀硫酸发生置换反应, 所以X应为Ag。(2)在金属活动性顺序中,排在Ag前的Al、Fe、Cu都可与 AgNO3发生置换反应。(3)金属资源是有限的,保护金属资源的措施有合理 开采金属矿物,回收利用废旧金属,使用金属代用品等。
1.(2019北京通州三模,9,★☆☆)用如图8-3-8所示装置进行实验。下列说 法不正确的是 ( ) 图8-3-8A.直玻璃管内红棕色粉末变为黑色B.可利用点燃的方法处理尾气
C.试管中澄清石灰水变浑浊证明有CO2生成D.直玻璃管内反应的化学方程式为3CO+Fe2O3 3CO2+2Fe
答案 D 一氧化碳具有还原性,在高温下能与氧化铁反应生成铁和二氧 化碳,实验进行一段时间后,直玻璃管中出现的现象是红棕色粉末逐渐变 黑;一氧化碳具有可燃性,燃烧生成二氧化碳,可利用点燃的方法处理尾气; 二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊,试管中澄清石灰水变浑浊证明有二氧 化碳生成;直玻璃管内发生反应的化学方程式是3CO+Fe2O3 3CO2+2Fe。
2.(2018广东广州第二中学月考,16,★☆☆)光亮铁钉在下列几种情况下,生 锈最快的是 ( )
答案 A 铁钉生锈是铁钉与氧气和水共同作用的结果,且食盐水能加速 铁钉的锈蚀,故A中的铁钉锈蚀最快。
3.(2019河北唐山丰南二模,17,★★☆)化学研究性学习小组对铁生锈开展 深入的探究。(1)比较与分析铁钉在不同条件下生锈的程度。同学们设计了如图8-3-9所 示的对比实验,4 h后观察到:试管Ⅰ、Ⅱ中的铁钉均生锈,试管Ⅰ中铁钉生 锈的程度大于试管Ⅱ;试管Ⅲ中铁钉不生锈。 图8-3-9①试管Ⅰ中铁钉生锈程度大于试管Ⅱ的原因是 。
②试管Ⅲ中,使用冷却后的沸水的目的是 。③铁钉生锈的其中一步反应是铁与氧气、水共同作用生成氢氧化亚铁,该 反应的化学方程式是 。(2)探究植物油能否完全隔绝氧气。同学们第二天观察,发现试管Ⅲ中的铁钉也有锈斑。为此大家又做了如下 探究。【进行实验】实验1:将涂水的铁片置于植物油中,并放置于密封的无氧容器中,8 h后观 察,铁片无锈迹(排除植物油和铁片上的水中微量氧气对铁片锈蚀的影 响)。实验2:将涂水的铁片置于植物油中,并敞口放置于空气中,8 h后发现少量锈 斑,再过一段时间后观察,锈斑面积增大。
①综合以上两个实验,可得出的结论是 。【交流讨论】②查阅文献获知,植物油对空气中的水分有较好的隔绝效果,请设计实验方 案加以验证: 。
答案 (1)①试管Ⅰ中铁钉与氧气接触面积更大(合理即可) ②防止水中 溶解的氧气干扰实验 ③2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2 (2)①植物油不能完全隔绝空气中的氧气(合理即可) ②将干燥的铁片置 于植物油中,并敞口放置于潮湿的空气中,8 h后观察到铁片无锈迹
解析 (1)①试管Ⅰ中铁钉生锈程度大于试管Ⅱ的原因是试管Ⅰ中铁钉与 氧气和水同时接触;②试管Ⅲ中,使用冷却后的沸水的目的是防止水中溶解 的氧气干扰实验;③铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁,化学方程式为2Fe +O2+2H2O 2Fe(OH)2。(2)①综合实验1和实验2,可得出的结论是植物油不能完全隔绝空气中的氧气;②查阅文献获知,植物油对空气中的水分有 较好的隔绝效果,可将干燥的铁片置于植物油中,并敞口放置于潮湿的空气 中,8 h 后观察到铁片无锈迹。
1.(2017河南郑州一模,18,★★☆)A~D是初中化学的常见物质,其转化关系 如图所示(部分反应物和生成物、反应条件已经略去),A、C常温下为无色 气体且组成元素相同,B、D均为黑色粉末,且D为世界上年产量最大的金 属。请回答下列问题:(1)写出反应①的化学方程式: ;(2)反应②的基本反应类型是 ;
(3)物质A的一种用途是 。
解析 根据题目中的信息,A、C常温下为无色气体且组成元素相同,B、D 均为黑色粉末,且D为世界上年产量最大的金属及物质间的转化关系可知, A是一氧化碳,C是二氧化碳,B是四氧化三铁,D是铁粉。(1)反应①是一氧 化碳还原四氧化三铁生成铁和二氧化碳;(2)反应②是铁和氧气点燃生成四 氧化三铁,该反应属于化合反应;(3)物质A是一氧化碳,可以做燃料或冶炼 金属。
2.(2019浙江杭州下城月考,22,★★☆)“暖贴”已逐步走进我们的生活。 某品牌暖贴的配料是铁粉、活性炭、食盐、水等物质,其发热的原理是利 用铁生锈时会放出热量,从而达到给人局部热敷的作用。(1)暖贴需要接触空气才会发热,原因是铁与 和 等物质共同作 用才能生锈放热。(2)检验配料中含有铁粉。用磁铁吸引黑色粉末,发现部分黑色粉末被吸引;取少量附着在磁铁上的粉 末于试管中,加入适量稀盐酸,通过观察到的现象得出配料中含有铁粉,请 写出发生反应的化学方程式: 。
(3)探究暖贴中活性炭、食盐、水等物质的作用,实验数据如下:
①分析对照组与实验组第 组的数据,能证明食盐能加快铁粉的锈蚀 速率。②实验组第4组中:a= ,b= 。
答案 (1)氧气 水 (2)Fe+2HCl FeCl2+H2↑ (3)①2 ②0 0.2
解析 (1)铁生锈是铁与氧气、水等物质共同作用的结果。(2)铁与盐酸反 应生成氯化亚铁和氢气。(3)①要证明氯化钠能加快铁粉的锈蚀速率,就需 要选择实验组中其他条件与对照组相同,只是没有氯化钠的一组,即第2组 实验。②由实验目的可知,实验组第4组应是探究活性炭对铁粉锈蚀速率 的影响,根据题表中实验数据可知,实验组第4组有2 g铁粉、0 g活性炭、0.2 g食盐、8 g水。
1.(2019山东泰安中考,15,★☆☆)如图8-3-10是某化学兴趣小组设计的观 察铁制品锈蚀的实验装置。下列相关叙述中正确的是 ( ) 图8-3-10①一段时间后,铁丝会由下向上出现锈蚀现象②一段时间后,水面处铁丝锈蚀严重③一段时间后,塑料瓶会变膨胀,因为铁生锈要放热④一段时间后,塑料瓶会变瘪,因为铁生锈与空气有关A.①② B.②④ C.②③ D.③④
答案 B 根据金属锈蚀的条件可知,一段时间后,水面处铁丝锈蚀严重,而 水上、水下部分生锈不明显,①错误、②正确;铁生锈会吸收空气中的氧 气,一段时间后塑料瓶会变瘪,③错误、④正确。
2.(2018四川巴中中考,26,★☆☆)用“W”型管进行微型实验,如图8-3-11 所示。下列说法错误的是 ( ) 图8-3-11A.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
答案 B 一氧化碳具有还原性,高温下能与氧化铁反应生成铁和二氧化 碳,a处红棕色粉末变为黑色;a处实验结束时应先停止加热,后停止通入CO, 直至“W”型管冷却,以防生成的铁再次被氧化;二氧化碳能使澄清的石灰 水变浑浊,b处澄清石灰水变浑浊,证明有CO2生成;一氧化碳有毒,会造成环 境污染,可用点燃的方法进行尾气处理。
3.(2019重庆中考B卷,15,★☆☆)为了探究铁制品锈蚀的条件,小明用普通 铁钉、纯铁钉同时进行如图8-3-12所示四组实验,一段时间后只在实验Ⅰ 中观察到了红褐色锈斑,其他均无明显变化。下列说法错误的是 ( ) 图8-3-12A.Ⅰ和Ⅱ说明铁制品锈蚀需要O2B.Ⅰ和Ⅲ说明铁制品锈蚀需要H2OC.Ⅰ和Ⅳ说明H2O和O2同时存在,铁制品不一定发生锈蚀D.Ⅲ和Ⅳ说明铁制品锈蚀跟铁制品内部结构有关
答案 D Ⅰ中铁钉生锈,Ⅱ中铁钉不生锈,说明铁制品锈蚀需要氧气;Ⅰ中 铁钉生锈,Ⅲ中铁钉不生锈,说明铁制品锈蚀需要水;Ⅰ中铁钉生锈,Ⅳ中纯 铁钉不生锈,说明H2O和O2同时存在,铁制品不一定发生锈蚀;Ⅲ和Ⅳ不能说 明铁制品锈蚀跟铁制品内部结构有关,这是因为除去铁钉不同外,其他实验 条件不完全相同。
4.(2019山东淄博中考,20,★☆☆)兴趣小组的同学利用图8-3-13 所示装置 探究工业炼铁的化学原理。 图8-3-13(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 。
答案 (1)黑 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 (2)外焰 (3)还原性、可燃性
解析 (1)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁与二氧化碳,实验过 程中观察到硬质玻璃管内的红棕色物质逐渐变为黑色。(2)应使用酒精灯 的外焰点燃尾气。(3)一氧化碳与氧化铁反应说明一氧化碳具有还原性;能 被点燃,说明具有可燃性。
5.(2015海南中考,24,★★☆)海南石碌铁矿,其矿石主要成分为Fe2O3。炼铁 的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。请计算:某铁矿石,其中含Fe2O3的质量为16 t,理论上可以炼出铁的质量为多少?
答案 解:设理论上可以炼出铁的质量为xFe2O3+3CO 2Fe+3CO2160 11216 t x = x=11.2 t答:理论上可以炼出铁的质量为11.2 t。
解析 根据一氧化碳还原氧化铁的化学方程式,利用氧化铁的质量列式计 算出铁的质量。
1.(2018江苏扬州中考,20,★★☆)铜元素有多种氧化物,如CuO、Cu2O。称 取14.4 g 仅含Cu、O两种元素的固体样品,采用如下装置实验(夹持装置省 略)。测得实验前后装置B增重4.4 g。下列说法正确的是 ( )A.装置B的作用是吸收反应生成的H2O和CO2B.实验开始前应先关闭K2,打开K1,通一段时间COC.根据实验数据进行计算,可以确定该固体为Cu2O
D.若缺少装置C,则实验所得Cu、O个数比偏高
答案 BC 固体样品中仅含Cu、O两种元素,反应不会生成水;由于一氧 化碳是具有可燃性的气体,实验开始前应先关闭K2,打开K1,通入一段时间 的一氧化碳,以便排出玻璃管中的空气,防止加热时发生爆炸;由题意可知 装置B增重4.4 g,即反应生成二氧化碳的质量为4.4 g,由质量守恒定律可知, 铜的氧化物中氧元素的质量是4.4 g× × =1.6 g,所以铜原子与氧原子的个数比是 ∶ =2∶1,则该固体为Cu2O;若缺少装置C,装置B增加的质量偏大,所得Cu、O个数比偏低。
2.(2016吉林中考,16,★☆☆)下图为铁制品循环利用的示意图,根据图示回 答: (1)“①”“②”“③”中,一定发生化学变化的是 (填序号);(2)不能用铁制容器盛放硫酸铜溶液的原因是 (用 化学方程式表示);(3)废旧金属“循环利用”的意义是 (写一点即可)。
答案 (1)①(2)Fe+CuSO4 FeSO4+Cu(3)节约金属资源,树立可持续发展的观念(或保护金属资源或节约能源或 减少对环境的污染,只要符合题意即可)
解析 (1)铁矿石炼成生铁,有新物质生成,发生化学变化;(2)Fe能和CuSO4 溶液反应,反应的化学方程式为Fe+CuSO4 Cu+FeSO4;(3)废旧金属的循环利用可以节约金属资源,节约能源,减少对环境的污染等。
1.利用如图8-3-14所示的装置可进行一氧化碳还原氧化铁的实验,其中,氮 气可用作本实验的保护气。盛放氧化铁的是一支带有支管的试管,其支管 可用于导出试管内的气体;酒精灯带网罩;整套装置的气密性良好。实验 前,弹簧夹a、b均处于关闭状态,开始实验时,打开a,通入氮气一段时间后点 燃酒精灯,再关闭a,打开b。请联系所学知识回答下列问题: 图8-3-14
(1)该实验过程中可以观察到的现象有: 、 。(2)试管内一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为 。(3)实验结束时,应先打开a,再 (选填“A”或“B”,下同),然后 ,继续通氮气直至装置冷却。A.熄灭酒精灯 B.关闭b(4)待试管冷却后,把生成的黑色粉末倒在白纸上,用磁铁靠近黑色粉末,黑 色粉末全部被吸引;再取少量黑色粉末放入足量硫酸铜溶液中,搅拌后发现 黑色粉末部分变红。【提出问题】炼出来的黑色粉末的成分是什么呢?【查阅资料】在铁的氧化物中只有氧化铁是红棕色,其余都是黑色;只有氧
化亚铁在空气中会很快被氧化成氧化铁;只有四氧化三铁有磁性。【综合探讨】同学们得出此次炼铁得到的生成物是 。(5)请从两个不同角度评价该实验的优点: 、 。
答案 (1)红棕色粉末变黑 澄清石灰水变浑浊(2)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 (3)B A (4)Fe和Fe3O4 (5)节约资源 环保安全(或其他合理答案)
解析 本题结合对一氧化碳还原氧化铁实验装置的探究与改进,考查了学 生科学探究与创新意识的核心素养。(1)在高温的条件下,一氧化碳将红棕 色的氧化铁还原为黑色的铁粉,生成的二氧化碳能使澄清的石灰水变浑 浊。(2)一氧化碳在高温时与氧化铁反应生成铁和二氧化碳。(3)在高温的 情况下铁易被氧化,为避免装置温度高时铁重新被氧化,所以应先打开a通 入氮气,再关闭b停止通一氧化碳,最后熄灭酒精灯,然后继续通入氮气直到 装置冷却。(4)把生成的黑色粉末倒在白纸上,用磁铁靠近黑色粉末,黑色 粉末全部被吸引;再取少量黑色粉末放入足量硫酸铜溶液中,搅拌后发现黑 色粉末部分变红,说明该粉末中含有铁和四氧化三铁。
2.图8-3-15是初三某班同学探究铁生锈实验不断完善优化的过程。 图8-3-15(1)优化实验时将Ⅰ中自来水换为蒸馏水,目的是 。(2)优化实验时增加Ⅳ是为了证明铁生锈与空气中的 (填化学式)有关。(3)实验Ⅴ在软塑料瓶中完成,一周后可观察到铁钉生锈, ,同 时铁钉靠近水面部分锈蚀最厉害。由此可知:铁生锈实际是铁与
(填化学式)共同作用的结果。(4)实验Ⅵ还可用来完成 (填实验名称)。
答案 (1)排除水中溶有的氧气、消毒剂等物质的干扰 (2)O2(3)塑料瓶变瘪 O2、H2O(4)测定空气中氧气的含量实验
解析 本题通过探究铁生锈实验的完善与优化,考查了学生实验探究与创 新意识的学科素养。(1)自来水换为蒸馏水,目的是排除水中溶有的氧气、 消毒剂等物质的干扰。(3)铁生锈是铁和氧气、水共同作用的结果;反应后 塑料瓶中的压强变小,塑料瓶变瘪。(4)实验Ⅵ可用于测定空气中氧气的含 量。
(2018北京丰台一模)暖贴发热利用了铁粉生锈放出热量的原理,某小组同 学设计并进行实验,探究铁生锈的条件及影响生锈速率的因素。Ⅰ.探究铁生锈的条件 (1)由实验B和C得出铁生锈需要与水接触,画出实验C的实验装置图。(2)证明铁生锈需要与氧气接触的实验现象是 。
Ⅱ.探究影响铁生锈速率的因素【查阅资料】暖贴的发热材料主要有铁粉、活性炭、食盐、水等物质。【猜想假设】1.活性炭能加快铁粉生锈的速率。
2.食盐能加快铁粉生锈的速率。【进行实验】下表是2 g 铁粉、5 g 水与不同量活性炭、食盐均匀混合后, 在10分钟内温度上升的实验记录。
【解释与结论】(3)表中x的值为 。(4)对比实验1和3,得出的结论是 。(5)欲得出结论“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快铁生锈速率”,需要
对比 (填实验编号)。【反思与评价】(6)下列说法正确的是 。A.暖贴在使用前要密封保存B.暖贴使用后剩余物可以回收利用C.利用铁生锈的原理,铁粉还可用于食品保鲜
答案 (1) (2)A中铁钉不生锈,B中铁钉生锈 (3)0 (4)食盐能加快铁粉生锈的速率 (5)2、3、4或1、2、3、4 (6)ABC
知识点一 铁的冶炼
1.金属资源的存在及存在形式
特别提醒 “沙里淘金”,说明金在自然界中以单质形式存在。
2.几种常见矿石的名称和主要成分
特别提醒 冶炼金属时,选择矿石应遵循的原则:(1)所需提炼金属的含量 高;(2)矿石中含对环境有害的元素少;(3)冶炼途径能够尽可能简便。
3.一氧化碳还原氧化铁(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:红色粉末逐渐变成黑色;澄清的石灰水变浑浊;尾气燃烧产生 蓝色火焰。
(4)化学方程式:①3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2(玻璃管中);②CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O(试管中);③2CO+O2 2CO2(导管末端)。(5)实验结论:红色的氧化铁被一氧化碳还原成单质铁,同时生成二氧化 碳。(6)注意事项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:防止氧化铁被还原成 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。
特别提醒 一氧化碳还原氧化铁的装置可进行如下改进,该装置既处理了 尾气,又节约了燃料。 图8-3-2
4.工业上铁的冶炼(1)主要设备:炼铁高炉。(2)原料:铁矿石、焦炭、石灰石和空气等。(3)发生的主要反应①产生还原剂:C+O2 CO2;CO2+C 2CO。②生成生铁:3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。
例1 (2019云南大理一模)实验室里用如图8-3-3所示装置还原氧化铁。关 于该实验,下列说法错误的是 ( )图8-3-3A.玻璃管中发生的反应不属于置换反应B.该实验说明一氧化碳既有可燃性又有还原性C.实验开始时,先点燃酒精灯给玻璃管加热,再通入纯净的一氧化碳
D.实验观察到的现象为红棕色固体变黑,澄清石灰水变浑浊
解析 一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,反应物均为化合物,不属 于置换反应。玻璃管中红棕色粉末逐渐变黑,说明一氧化碳具有还原性;尾 气能燃烧,说明一氧化碳具有可燃性。实验开始时,应先通入纯净的一氧化 碳,再点燃酒精灯给玻璃管加热,目的是排尽玻璃管中的空气,防止发生爆 炸。一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳,故实验过程中观察到的现 象为红棕色固体变黑,澄清石灰水变浑浊。
知识点二 含杂质物质的计算
1.原理化学方程式所表达的物质间的质量关系都是参加反应的纯物质间的关 系。如果有杂质,先要把含杂质物质的质量换算成纯物质的质量。
2.公式(1)混合物中某物质的质量分数= ×100%(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=
3.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。
例2 (2018山西二模)(1)某钢铁厂每天需消耗5 000 t含Fe2O3 76%的赤铁矿 石,理论上该厂可日产含Fe 98%的生铁的质量是多少?(结果保留一位小数)(2)铁矿石的种类很多,除赤铁矿石外,常见的还有磁铁矿(主要成分是Fe3O 4)、黄铁矿(主要成分是FeS2)等,工业上一般不用黄铁矿来炼铁,其原因是 。
解析 (1)5 000 t赤铁矿中含Fe2O3的质量为5 000 t×76%=3 800 t,根据氧化 铁与一氧化碳反应的化学方程式,由氧化铁的质量可以计算铁的质量,从而 可以计算含铁98%的生铁的质量。(2)用于冶炼铁的铁矿石的选择原则是 含铁量高,不含或含有较少有害元素等。
答案 (1)5 000 t赤铁矿石中含Fe2O3的质量为5 000 t×76%=3 800 t设该厂理论上可日产含Fe 98%的生铁的质量是x3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 3 800 t 98%x = x≈2 714.3 t答:理论上该厂可日产含Fe 98%的生铁的质量是2 714.3 t。(2)黄铁矿含铁量低;含有对环境有害的元素硫(或在冶炼过程中会产生有 毒气体二氧化硫,污染环境)
知识点三 金属资源的保护
1.铁制品的锈蚀(1)条件:与空气中的氧气和水同时接触。(2)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,结构疏松,不能阻碍里层的铁继续被锈 蚀。
特别提醒 钢铁的锈蚀速率受外界环境的影响,会随着环境温度升高、湿 度增大、酸性增强而变快。
2.防止铁锈蚀的方法
3.保护金属资源
例3 (2019山东莱芜期末)根据探究铁钉锈蚀条件的图像,下列说法不正确 的是 ( ) 图8-3-4A.一段时间后观察,①中甲、乙、丙三处中生锈的只有乙处B.②中植物油的作用是隔绝氧气C.③中氯化钙的作用是作干燥剂D.对比①②③实验可得出铁生锈的条件是与氧气、水直接接触
解析 ①中甲、乙处的铁均能与氧气、水接触,所以一段时间后生锈的是 甲、乙两处。②中植物油的作用是隔绝氧气。氯化钙具有吸水性,③中氯 化钙的作用是作干燥剂。①试管中的铁钉能与氧气、水充分接触,②试管 中的铁钉只能与水接触,③试管中的铁钉只能与干燥的空气接触,一段时间 后,①试管中的铁钉生锈,②③试管中的铁钉没有生锈;对比①②③实验可 得出铁生锈的条件是与氧气、水直接接触。
题型一 炼铁原理的实验探究
例1 (2019山东泰安模拟)某化学实验小组用如图8-3-5所示的装置模拟工 业炼铁的原理,请你参与探究: 图8-3-5(1)实验进行一段时间后,玻璃管A中出现的现象为 ,反应的化 学方程式为 ;试管B中的现象为 。
(2)为保证安全和实验成功,该实验的操作步骤为 。(填序号)a.点燃A处酒精喷灯b.通入CO气体c.停止通入CO气体d.熄灭酒精喷灯(3)从环保角度看,该装置的不足之处是 。
解析 (1)一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳,所以 实验进行一段时间后,玻璃管A中红棕色固体变成黑色,试管B中澄清石灰 水变浑浊。(2)在加热前要先通一段时间一氧化碳,把装置内的空气排除干 净,防止一氧化碳和装置内的空气形成混合气体发生爆炸;反应结束后要先 熄灭A处酒精喷灯,等到生成的铁冷却后再停止通一氧化碳,防止灼热的铁 重新被氧化。(3)为了防止未反应的一氧化碳进入空气污染环境,要在B装 置的后面放一燃着的酒精灯点燃未反应的一氧化碳。
答案 (1)红棕色固体粉末变成黑色 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 澄清石灰水变浑浊 (2)badc (3)B装置后缺少尾气处理装置
点拨 一氧化碳还原氧化铁的实验需注意“一通、二点、三灭、四停”, 即先通一氧化碳,后点燃酒精喷灯加热;实验完毕后,先熄灭酒精喷灯,待硬 质玻璃管冷却至室温时停止通一氧化碳。
题型二 金属锈蚀条件的探究
例2 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8-3-6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 直接接触,其中试 管②中铁钉的A、B、C三处中 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 。
(3)沙漠地区的铁制品锈蚀较慢的原因是 。
解析 (1)由实验装置及“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”,可推测铁生锈是铁与氧气、水共同作用的结果;试管②中铁 钉的A、B、C三处中,B处最易生锈。(2)试管①中加入的蒸馏水要事先煮 沸,其目的是除去溶解在水中的氧气。(3)沙漠地区的空气干燥,所以铁制 品锈蚀较慢。
答案 (1)氧气和水 B (2)除去水中的氧气(3)空气干燥
点拨 探究金属锈蚀的条件通常采用控制变量法设计对比实验来进行。 解题时应注意找准对比实验中的变量。
易错点 对工业炼铁与实验室“炼铁”区分不清
例 (2018山东淄博淄川一模)化学兴趣小组用以下装置探究炼铁的原理 (根据需要,酒精灯可加网罩)。 甲
乙图8-3-7(1)乙中高炉炼铁时焦炭的作用是 。(2)装置甲炼得的铁与装置乙炼出的生铁在组成上的最大区别是 。(3)甲、乙两装置中共同发生的化学反应是 (用化学方程式表示)。
解析 (1)工业炼铁时,焦炭燃烧放出热量,其作用之一是提供热量;焦炭与 二氧化碳反应生成一氧化碳气体,其作用之二是生成炼铁所需的还原剂。 (2)装置甲炼得的铁是纯铁,装置乙炼出的是生铁。(3)甲、乙两装置中共 同发生的化学反应是一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化 碳。
答案 (1)提供热量,生成具有还原性的气体一氧化碳 (2)甲中炼得的铁不含碳,乙中炼得的铁含有碳(3)Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
纠错点睛 高炉炼铁过程中,焦炭在高炉中与通入的空气反应生成二氧化 碳,同时放出热量,热的二氧化碳又与焦炭反应生成一氧化碳,一氧化碳再 与铁矿石在高温条件下反应。
炼铁原理的探究与创新意识素养呈现 能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论,提出进一步探 究或改进实验的设想;能运用所学过的化学知识独立地去解决问题,从而达 到培养综合运用化学理论知识的能力、独立实验的能力和创新能力。
素养解读 化学实验可以深化学生对化学知识的理解、迁移和创新,对化 学原理规律的发现、认识和运用,以培养化学学科素养、化学信息素养、 化学思维素养和化学语言素养等。以炼铁原理的学习为载体,在实验探究 的过程中训练学生的思维能力,锻炼学生根据已有的学习经验来设计实验 步骤,思考实验过程中应注意哪些问题等。
例 (2018江苏徐州三中质检)我国是一个钢铁大国,钢铁产量居世界第 一。某化学实验小组的同学用下面的装置在实验室中模拟炼铁。请你和 他们一起完成相关探究。 图8-3-8(1)操作顺序是实验成功的关键,对于该实验,应 。(填 “先通入一氧化碳”或“先点燃酒精灯”)
(2)反应中可观察到粗玻璃管内的固体逐渐由 色变成 色,写出 该反应的化学方程式: 。(3)产物的检验:①初步检验:甲同学想对反应后的固体产物进行初步检验,请你帮他想出一 个物理方法: 。②进一步验证:乙同学想用化学方法对固体产物进行进一步验证,他将反应 后的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,发现只有部分变红。请写出生成 红色物质的化学方程式: 。(4)质疑与探究:①乙同学对产物的成分产生了质疑,查阅相关资料之后得知,一氧化碳还原 氧化铁的过程如下:首先,Fe2O3被还原为Fe3O4:3Fe2O3+CO 2Fe3O4+CO2。
然后,Fe3O4被还原为FeO:Fe3O4+CO +CO2(请将化学方程式补充完整)。最后,FeO被还原为Fe:FeO+CO Fe+CO2。②通过以上分析,甲、乙两位同学对反应后黑色固体的成分进行了猜想:猜想一:Fe与Fe3O4;猜想二:Fe与FeO;猜想三:Fe、Fe3O4和FeO。已知:FeO、Fe3O4均为黑色,且Fe3O4有磁性,FeO、Fe3O4都不与硫酸铜溶液 反应。③为了对固体产物成分进行更客观的分析,甲、乙两位同学将所做实验整 理如下:
④实验反思:为了提高铁的产率,应适当 (填“降低”或“提高”)反 应温度。
解析 本题借助在实验室中模拟炼铁的原理及对产物的探究过程,考查了 能运用化学知识解决实际问题的核心素养。(1)一氧化碳具有可燃性,加热 前一定要先通入一氧化碳气体将空气排尽,然后给玻璃管加热;完全反应 后,为防止生成的铁重新被氧化,应先停止加热,继续通入一氧化碳至玻璃 管冷却。(2)一氧化碳能把红棕色的氧化铁粉末还原成黑色的铁粉,化学方 程式是Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。(3)由于铁可以被磁铁吸引,所以可以用磁铁吸引来确定固体产物;铁可以与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁,反应的 化学方程式为Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。(4)①Fe3O4被CO还原为FeO和CO2的化学方程式为Fe3O4+CO 3FeO+CO2。③Fe与Fe3O4都可以被磁铁吸引,将反应后得到的黑色粉末用磁铁吸引,如果全部被吸引,则 说明猜想一成立;进一步证明,被吸引的是铁还是铁与四氧化三铁的混合 物,可将反应后得到的黑色粉末加入足量的硫酸铜溶液中,如果部分变红,
则说明猜想一成立;④由于在600 ℃以上Fe2O3才逐步转化为铁,所以提高温 度有利于提高铁的产率。
答案 (1)先通入一氧化碳 (2)红棕 黑 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 (3)①用磁铁吸引 ②Fe+CuSO4 FeSO4+Cu (4)①3FeO ③全部被吸引 部分变红 ④提高
1.用下列矿石冶炼金属时,排放的废气容易引起酸雨的是 ( )A.辉铜矿(主要成分Cu2S)B.赤铁矿(主要成分Fe2O3)C.磁铁矿(主要成分Fe3O4)D.铝土矿(主要成分Al2O3)
答案 A 酸雨主要是二氧化硫、氮氧化物的过度排放造成的。辉铜矿 中含有硫元素,在冶炼时会排放含二氧化硫的废气,故选A。
2.(2019重庆中考A卷)实验室用如图8-3-1所示装置模拟炼铁。下列说法正 确的是 ( ) 图8-3-1A.磁铁矿的主要成分是Fe2O3B.应先加热Fe2O3再通入COC.红棕色的粉末逐渐变黑D.气体通过澄清石灰水后可直接排放
答案 C 赤铁矿的主要成分是Fe2O3,磁铁矿的主要成分是Fe3O4;炼铁过 程中,加热前应先通入CO气体把装置内的空气赶走,防止加热时产生爆炸, 再加热Fe2O3;反应过程中可观察到红棕色粉末逐渐变黑;反应后的尾气中 含有CO有毒气体,不能直接排放。
3.某赤铁矿样品中含Fe2O3的质量分数为80%,则赤铁矿样品中铁的质量分 数为 ( )A.80% B.56%C.20% D.无法确定
答案 B Fe2O3中Fe的质量分数为 ×100%=70%,则赤铁矿样品中铁的质量分数为80%×70%=56%。
4.(独家原创试题)“蓝鲸2号”海上钻井平台是目前全球第二座超深水双 钻塔半潜式钻井平台,这个“海上巨无霸”有37层楼高。建造“蓝鲸2 号”需要大量的生铁。用赤铁矿石(主要成分是氧化铁,假设杂质不含铁 元素)来炼制生铁,若要炼制含铁96%的生铁63 t,假设在炼制过程中损失1 0%铁元素,则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是多少?
答案 63 t生铁中铁的质量为63 t×96%=60.48 t,则未损失之前铁的质量为 60.48 t÷(1-10%)=67.2 t。设生成67.2 t铁需要氧化铁的质量为x3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 x 67.2 t = x=96 t则需要铁矿石的质量为96 t÷(1-20%)=120 t答:理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是120 t。
解析 由“含铁96%的生铁63 t”,计算出铁的质量,由铁的质量,可计算损 失之前所炼铁的质量,再根据化学方程式可求出氧化铁的质量,最后可求出 含杂质20%的赤铁矿石的质量。
5.(2019江苏常州中考)按如图8-3-2所示装置进行实验,一周后发现铁钉锈 蚀最严重的位置是 ( ) 图8-3-2A.a处 B.b处C.c处 D.三处同样严重
答案 B 铁与氧气和水充分接触时容易生锈,b处铁钉最容易与氧气、水 同时接触,铁钉锈蚀最严重。
6.(独家原创试题)2019年4月22日是第50个世界地球日,今年的主题为“珍 爱美丽地球,守护自然资源”。下列做法中,不利于保护金属资源的是 ( )A.过度开采金属矿物B.寻找金属代用品C.防止金属的锈蚀D.回收易拉罐
答案 A 过度开采金属矿物,会造成金属资源的浪费,不利于保护金属资 源;寻找金属代用品、防止金属的锈蚀及回收易拉罐都是保护金属资源的 有效措施。
7.(2019四川内江中考)下列有关金属资源的利用与防护不合理的是 ( )A.经常用钢丝球擦洗铝锅表面,保持洁净B.在钢铁表面喷油漆可防止生锈C.废旧金属的回收利用,保护金属资源的有效途径之一D.改变金属的组成和结构,铸造成合金材料可优化其性能
答案 A 铝的表面有致密的氧化膜,能保护内部不被氧化,经常用钢丝球 擦洗铝锅表面会破坏氧化膜,加速铝的腐蚀;在钢铁表面喷油漆可以使铁隔 绝氧气和水,防止生锈;废旧金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之 一;制成合金改变了金属的组成和结构,可优化金属材料的性能。
1.(2017广西南宁二模)人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品 的主要材质在自然界以单质形式存在的是 ( )A.青铜器 B.铸铁宝剑C.黄金首饰 D.铝制炊具
答案 C 金的化学性质稳定,在自然界中主要以单质形式存在;铜、铁和 铝都以化合物的形式存在。
2.下列有关工业炼铁的叙述中,不正确的是 ( )A.炼铁用的设备是高炉B.炼铁的原料是焦炭、石灰石、铁矿石C.炼铁得到的生铁仍为混合物D.炼铁是用空气中的氧气将铁矿石中的杂质氧化除去
答案 D 工业炼铁的主要设备为高炉;工业炼铁的主要原料为铁矿石、 焦炭和石灰石等;工业炼铁的主要产物为生铁,是一种铁合金,属于混合物; 工业炼铁的主要原理是利用一氧化碳的还原性还原出铁矿石中的铁。
1.(2019广东中考)探究铁生锈的条件,有利于寻找防止铁制品锈蚀的方 法。下列对比实验设计与所探究的条件(蒸馏水经煮沸并迅速冷却),对应 关系正确的是 ( ) 图8-3-3A.甲和乙:水 B.乙和丙:空气C.甲和丙:空气 D.甲和丁:水
答案 D 一段时间后,甲试管中的铁钉只与干燥空气接触,不会生锈;丁试 管中的铁钉既与空气接触,又与水接触,会生锈,所以甲和丁比较可用于探 究铁锈蚀的条件之一是与水接触。
2.(2018江苏江阴期中)如图8-3-4所示,小文同学利用长柄W型玻璃管完成 了一氧化碳与氧化铁的反应。已知:甲酸在热浓硫酸的作用下分解生成一 氧化碳和水。下列有关实验的说法中错误的是 ( )图8-3-4A.灯罩的作用是集中火焰,提高酒精灯火焰的温度B.A处可观察到的实验现象是红棕色粉末变成黑色C.A处发生的反应中,一氧化碳夺取氧化铁中的氧,发生还原反应
D.该微型实验具有药品用量少、清洁环保、操作简单等优点
答案 C 一氧化碳还原氧化铁的反应条件是高温,灯罩的作用是集中火 焰,提高酒精灯火焰的温度;在高温的条件下,一氧化碳与氧化铁反应生成 铁和二氧化碳,A处可观察到红棕色粉末变成黑色;A处发生的反应中,一氧 化碳夺取氧化铁中的氧,发生氧化反应;该微型实验具有药品用量少、清洁 环保、操作简单等优点。
3.(2019河南中考)图8-3-5为一氧化碳还原氧化铁实验。下列说法中正确 的是 ( )图8-3-5A.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.参加反应的氧化铁和一氧化碳质量比为40∶7
D.将尾气点燃或收集,可防止一氧化碳污染空气
答案 D 实验开始应先通入一氧化碳,排出装置内的空气,再点燃酒精喷 灯加热玻璃管中的氧化铁;一氧化碳具有还原性,能与氧化铁反应生成铁和 二氧化碳,实验进行一段时间后,玻璃管中出现的现象是红棕色粉末逐渐变 黑;该反应的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,参加反应的氧化铁和一氧化碳质量比为160∶(28×3)=40∶21;一氧化碳有毒,直接排放到空气中 会污染环境,应将尾气点燃或收集起来。
4.联合钢铁工业的基本生产流程示意图如下: 图8-3-6请回答下列问题:(1)以赤铁矿(Fe2O3)为原料在高温下与一氧化碳反应的化学方程式是 。(2)炼钢炉中通入氧气的目的是 。
答案 (1)Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2(2)使生铁中的碳充分反应,降低含碳量
解析 (1)一氧化碳在高温条件下与氧化铁反应生成铁与二氧化碳;(2)炼 钢炉中通入氧气可以使生铁中的碳充分反应,降低含碳量。
5.(独家原创试题)对实验进行创新和改进是化学学习的重要内容,对课本 的实验进行改进是创新精神和能力的体现。课本实验中,铁生锈需要较长 的时间,某实验小组设计如下实验: 图8-3-7(1)写出甲试管中发生反应的化学方程式: 。(2)4分钟后观察:A处铁丝依然光亮,B处铁丝表面灰暗,D处铁丝依然光
亮。该实验说明铁生锈主要与 和 有关。(3)B、D处实验现象对比说明:决定铁生锈快慢的一个重要因素是 。(4)请写出日常生活中防止铁生锈的一种措施: 。
答案 (1)2H2O2 2H2O+O2↑ (2)H2O O2(3)氧气的浓度 (4)涂油(合理即可)
解析 (1)过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解为水和氧气。(2)4分钟 后观察到A处铁丝依然光亮,B处铁丝表面灰暗,D处铁丝依然光亮,说明铁 生锈主要与水和氧气有关。(3)B、D处铁丝所处位置的氧气浓度不同,出 现的现象不同,说明决定铁生锈快慢的一个重要因素是氧气的浓度,氧气浓 度越大,铁生锈速率越快。(4)在生活中可以通过在铁制品的表面刷漆、涂 油等方法使铁与氧气、水隔绝而防止生锈。
6.(2017辽宁丹东中考)工业上用赤铁矿石(主要成分是氧化铁)与一氧化碳 在高温条件下冶炼生铁。现有400 t含氧化铁80%的赤铁矿石。求:(1)该矿石中氧化铁的质量。(2)该矿石能冶炼出含杂质4%的生铁的质量。(计算结果精确到0.1)
答案 (1)400 t含氧化铁80%的赤铁矿石中氧化铁的质量为 400 t×80%=32 0 t。(2)设可炼出生铁的质量为x,含杂质4%的生铁的含铁量为1-4%=96%3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 160 112 320 t x×96% = x≈233.3 t答:可得含杂质4%的生铁233.3 t。
解析 (1)400 t含氧化铁80%的赤铁矿石中氧化铁的质量为 400 t×80%=32 0 t;(2)根据一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式,利用氧化铁的质量,即可 求得含杂质4%的生铁的质量。
1.(2019辽宁沈阳一模)图1是实验室模拟炼铁的装置,图2是此过程中通入 的CO质量与玻璃管内固体质量的关系,根据图示,下列说法不正确的是 ( )
A.b点表示通入CO一段时间后加热,反应开始发生B.c点表示Fe2O3粉末已完全参加反应C.d点表示反应结束后仍需继续通入COD.可根据通入CO的质量计算出固体粉末的质量
答案 D 实验开始先通入CO,排尽玻璃管内空气,防止加热时发生爆炸; 反应完成后继续通CO,防止生成的铁被重新氧化。a~b段红棕色粉末的质 量不变,说明反应尚未开始,所以b点表示通入CO一段时间后加热,反应开 始发生;c点表示红棕色粉末已完全参加反应;d点表示反应结束后仍需继续 通入CO;在实验未开始前以及实验结束后需要通入CO,这部分CO没有参 加反应,所以不能根据通入CO的质量计算固体粉末的质量。
2.下面是某学习小组关于Ag、Au、Cu、Fe、Al这几种金属的学习交流。 请你参与交流并回答下列问题:(1)李明同学在对上述金属分类时,他根据金属的某种化学性质相同,将 “Au、Cu、X”划分为一类,你认为X为 。(2)请你写出上述一种金属与AgNO3溶液反应的化学方程式: 。(3)王亮同学查阅到以上五种金属还能开采年限(根据储藏量和目前消耗速 度确定)的统计数据(如图所示)。请你结合图示,提出一条金属资源开发利 用的合理化建议: 。
答案 (1)Ag(或银)(2)Fe+2AgNO3 Fe(NO3)2+2Ag[或Cu+2AgNO3 Cu(NO3)2+2Ag或Al+3AgNO3 Al(NO3)3+3Ag](3)合理开采金属矿物(或回收利用废旧金属或使用金属代用品等)
解析 (1)Au、Cu均为氢后金属,均不能与稀盐酸、稀硫酸发生置换反应, 所以X应为Ag。(2)在金属活动性顺序中,排在Ag前的Al、Fe、Cu都可与 AgNO3发生置换反应。(3)金属资源是有限的,保护金属资源的措施有合理 开采金属矿物,回收利用废旧金属,使用金属代用品等。
1.(2019北京通州三模,9,★☆☆)用如图8-3-8所示装置进行实验。下列说 法不正确的是 ( ) 图8-3-8A.直玻璃管内红棕色粉末变为黑色B.可利用点燃的方法处理尾气
C.试管中澄清石灰水变浑浊证明有CO2生成D.直玻璃管内反应的化学方程式为3CO+Fe2O3 3CO2+2Fe
答案 D 一氧化碳具有还原性,在高温下能与氧化铁反应生成铁和二氧 化碳,实验进行一段时间后,直玻璃管中出现的现象是红棕色粉末逐渐变 黑;一氧化碳具有可燃性,燃烧生成二氧化碳,可利用点燃的方法处理尾气; 二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊,试管中澄清石灰水变浑浊证明有二氧 化碳生成;直玻璃管内发生反应的化学方程式是3CO+Fe2O3 3CO2+2Fe。
2.(2018广东广州第二中学月考,16,★☆☆)光亮铁钉在下列几种情况下,生 锈最快的是 ( )
答案 A 铁钉生锈是铁钉与氧气和水共同作用的结果,且食盐水能加速 铁钉的锈蚀,故A中的铁钉锈蚀最快。
3.(2019河北唐山丰南二模,17,★★☆)化学研究性学习小组对铁生锈开展 深入的探究。(1)比较与分析铁钉在不同条件下生锈的程度。同学们设计了如图8-3-9所 示的对比实验,4 h后观察到:试管Ⅰ、Ⅱ中的铁钉均生锈,试管Ⅰ中铁钉生 锈的程度大于试管Ⅱ;试管Ⅲ中铁钉不生锈。 图8-3-9①试管Ⅰ中铁钉生锈程度大于试管Ⅱ的原因是 。
②试管Ⅲ中,使用冷却后的沸水的目的是 。③铁钉生锈的其中一步反应是铁与氧气、水共同作用生成氢氧化亚铁,该 反应的化学方程式是 。(2)探究植物油能否完全隔绝氧气。同学们第二天观察,发现试管Ⅲ中的铁钉也有锈斑。为此大家又做了如下 探究。【进行实验】实验1:将涂水的铁片置于植物油中,并放置于密封的无氧容器中,8 h后观 察,铁片无锈迹(排除植物油和铁片上的水中微量氧气对铁片锈蚀的影 响)。实验2:将涂水的铁片置于植物油中,并敞口放置于空气中,8 h后发现少量锈 斑,再过一段时间后观察,锈斑面积增大。
①综合以上两个实验,可得出的结论是 。【交流讨论】②查阅文献获知,植物油对空气中的水分有较好的隔绝效果,请设计实验方 案加以验证: 。
答案 (1)①试管Ⅰ中铁钉与氧气接触面积更大(合理即可) ②防止水中 溶解的氧气干扰实验 ③2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2 (2)①植物油不能完全隔绝空气中的氧气(合理即可) ②将干燥的铁片置 于植物油中,并敞口放置于潮湿的空气中,8 h后观察到铁片无锈迹
解析 (1)①试管Ⅰ中铁钉生锈程度大于试管Ⅱ的原因是试管Ⅰ中铁钉与 氧气和水同时接触;②试管Ⅲ中,使用冷却后的沸水的目的是防止水中溶解 的氧气干扰实验;③铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁,化学方程式为2Fe +O2+2H2O 2Fe(OH)2。(2)①综合实验1和实验2,可得出的结论是植物油不能完全隔绝空气中的氧气;②查阅文献获知,植物油对空气中的水分有 较好的隔绝效果,可将干燥的铁片置于植物油中,并敞口放置于潮湿的空气 中,8 h 后观察到铁片无锈迹。
1.(2017河南郑州一模,18,★★☆)A~D是初中化学的常见物质,其转化关系 如图所示(部分反应物和生成物、反应条件已经略去),A、C常温下为无色 气体且组成元素相同,B、D均为黑色粉末,且D为世界上年产量最大的金 属。请回答下列问题:(1)写出反应①的化学方程式: ;(2)反应②的基本反应类型是 ;
(3)物质A的一种用途是 。
解析 根据题目中的信息,A、C常温下为无色气体且组成元素相同,B、D 均为黑色粉末,且D为世界上年产量最大的金属及物质间的转化关系可知, A是一氧化碳,C是二氧化碳,B是四氧化三铁,D是铁粉。(1)反应①是一氧 化碳还原四氧化三铁生成铁和二氧化碳;(2)反应②是铁和氧气点燃生成四 氧化三铁,该反应属于化合反应;(3)物质A是一氧化碳,可以做燃料或冶炼 金属。
2.(2019浙江杭州下城月考,22,★★☆)“暖贴”已逐步走进我们的生活。 某品牌暖贴的配料是铁粉、活性炭、食盐、水等物质,其发热的原理是利 用铁生锈时会放出热量,从而达到给人局部热敷的作用。(1)暖贴需要接触空气才会发热,原因是铁与 和 等物质共同作 用才能生锈放热。(2)检验配料中含有铁粉。用磁铁吸引黑色粉末,发现部分黑色粉末被吸引;取少量附着在磁铁上的粉 末于试管中,加入适量稀盐酸,通过观察到的现象得出配料中含有铁粉,请 写出发生反应的化学方程式: 。
(3)探究暖贴中活性炭、食盐、水等物质的作用,实验数据如下:
①分析对照组与实验组第 组的数据,能证明食盐能加快铁粉的锈蚀 速率。②实验组第4组中:a= ,b= 。
答案 (1)氧气 水 (2)Fe+2HCl FeCl2+H2↑ (3)①2 ②0 0.2
解析 (1)铁生锈是铁与氧气、水等物质共同作用的结果。(2)铁与盐酸反 应生成氯化亚铁和氢气。(3)①要证明氯化钠能加快铁粉的锈蚀速率,就需 要选择实验组中其他条件与对照组相同,只是没有氯化钠的一组,即第2组 实验。②由实验目的可知,实验组第4组应是探究活性炭对铁粉锈蚀速率 的影响,根据题表中实验数据可知,实验组第4组有2 g铁粉、0 g活性炭、0.2 g食盐、8 g水。
1.(2019山东泰安中考,15,★☆☆)如图8-3-10是某化学兴趣小组设计的观 察铁制品锈蚀的实验装置。下列相关叙述中正确的是 ( ) 图8-3-10①一段时间后,铁丝会由下向上出现锈蚀现象②一段时间后,水面处铁丝锈蚀严重③一段时间后,塑料瓶会变膨胀,因为铁生锈要放热④一段时间后,塑料瓶会变瘪,因为铁生锈与空气有关A.①② B.②④ C.②③ D.③④
答案 B 根据金属锈蚀的条件可知,一段时间后,水面处铁丝锈蚀严重,而 水上、水下部分生锈不明显,①错误、②正确;铁生锈会吸收空气中的氧 气,一段时间后塑料瓶会变瘪,③错误、④正确。
2.(2018四川巴中中考,26,★☆☆)用“W”型管进行微型实验,如图8-3-11 所示。下列说法错误的是 ( ) 图8-3-11A.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
答案 B 一氧化碳具有还原性,高温下能与氧化铁反应生成铁和二氧化 碳,a处红棕色粉末变为黑色;a处实验结束时应先停止加热,后停止通入CO, 直至“W”型管冷却,以防生成的铁再次被氧化;二氧化碳能使澄清的石灰 水变浑浊,b处澄清石灰水变浑浊,证明有CO2生成;一氧化碳有毒,会造成环 境污染,可用点燃的方法进行尾气处理。
3.(2019重庆中考B卷,15,★☆☆)为了探究铁制品锈蚀的条件,小明用普通 铁钉、纯铁钉同时进行如图8-3-12所示四组实验,一段时间后只在实验Ⅰ 中观察到了红褐色锈斑,其他均无明显变化。下列说法错误的是 ( ) 图8-3-12A.Ⅰ和Ⅱ说明铁制品锈蚀需要O2B.Ⅰ和Ⅲ说明铁制品锈蚀需要H2OC.Ⅰ和Ⅳ说明H2O和O2同时存在,铁制品不一定发生锈蚀D.Ⅲ和Ⅳ说明铁制品锈蚀跟铁制品内部结构有关
答案 D Ⅰ中铁钉生锈,Ⅱ中铁钉不生锈,说明铁制品锈蚀需要氧气;Ⅰ中 铁钉生锈,Ⅲ中铁钉不生锈,说明铁制品锈蚀需要水;Ⅰ中铁钉生锈,Ⅳ中纯 铁钉不生锈,说明H2O和O2同时存在,铁制品不一定发生锈蚀;Ⅲ和Ⅳ不能说 明铁制品锈蚀跟铁制品内部结构有关,这是因为除去铁钉不同外,其他实验 条件不完全相同。
4.(2019山东淄博中考,20,★☆☆)兴趣小组的同学利用图8-3-13 所示装置 探究工业炼铁的化学原理。 图8-3-13(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 。
答案 (1)黑 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 (2)外焰 (3)还原性、可燃性
解析 (1)一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁与二氧化碳,实验过 程中观察到硬质玻璃管内的红棕色物质逐渐变为黑色。(2)应使用酒精灯 的外焰点燃尾气。(3)一氧化碳与氧化铁反应说明一氧化碳具有还原性;能 被点燃,说明具有可燃性。
5.(2015海南中考,24,★★☆)海南石碌铁矿,其矿石主要成分为Fe2O3。炼铁 的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。请计算:某铁矿石,其中含Fe2O3的质量为16 t,理论上可以炼出铁的质量为多少?
答案 解:设理论上可以炼出铁的质量为xFe2O3+3CO 2Fe+3CO2160 11216 t x = x=11.2 t答:理论上可以炼出铁的质量为11.2 t。
解析 根据一氧化碳还原氧化铁的化学方程式,利用氧化铁的质量列式计 算出铁的质量。
1.(2018江苏扬州中考,20,★★☆)铜元素有多种氧化物,如CuO、Cu2O。称 取14.4 g 仅含Cu、O两种元素的固体样品,采用如下装置实验(夹持装置省 略)。测得实验前后装置B增重4.4 g。下列说法正确的是 ( )A.装置B的作用是吸收反应生成的H2O和CO2B.实验开始前应先关闭K2,打开K1,通一段时间COC.根据实验数据进行计算,可以确定该固体为Cu2O
D.若缺少装置C,则实验所得Cu、O个数比偏高
答案 BC 固体样品中仅含Cu、O两种元素,反应不会生成水;由于一氧 化碳是具有可燃性的气体,实验开始前应先关闭K2,打开K1,通入一段时间 的一氧化碳,以便排出玻璃管中的空气,防止加热时发生爆炸;由题意可知 装置B增重4.4 g,即反应生成二氧化碳的质量为4.4 g,由质量守恒定律可知, 铜的氧化物中氧元素的质量是4.4 g× × =1.6 g,所以铜原子与氧原子的个数比是 ∶ =2∶1,则该固体为Cu2O;若缺少装置C,装置B增加的质量偏大,所得Cu、O个数比偏低。
2.(2016吉林中考,16,★☆☆)下图为铁制品循环利用的示意图,根据图示回 答: (1)“①”“②”“③”中,一定发生化学变化的是 (填序号);(2)不能用铁制容器盛放硫酸铜溶液的原因是 (用 化学方程式表示);(3)废旧金属“循环利用”的意义是 (写一点即可)。
答案 (1)①(2)Fe+CuSO4 FeSO4+Cu(3)节约金属资源,树立可持续发展的观念(或保护金属资源或节约能源或 减少对环境的污染,只要符合题意即可)
解析 (1)铁矿石炼成生铁,有新物质生成,发生化学变化;(2)Fe能和CuSO4 溶液反应,反应的化学方程式为Fe+CuSO4 Cu+FeSO4;(3)废旧金属的循环利用可以节约金属资源,节约能源,减少对环境的污染等。
1.利用如图8-3-14所示的装置可进行一氧化碳还原氧化铁的实验,其中,氮 气可用作本实验的保护气。盛放氧化铁的是一支带有支管的试管,其支管 可用于导出试管内的气体;酒精灯带网罩;整套装置的气密性良好。实验 前,弹簧夹a、b均处于关闭状态,开始实验时,打开a,通入氮气一段时间后点 燃酒精灯,再关闭a,打开b。请联系所学知识回答下列问题: 图8-3-14
(1)该实验过程中可以观察到的现象有: 、 。(2)试管内一氧化碳与氧化铁反应的化学方程式为 。(3)实验结束时,应先打开a,再 (选填“A”或“B”,下同),然后 ,继续通氮气直至装置冷却。A.熄灭酒精灯 B.关闭b(4)待试管冷却后,把生成的黑色粉末倒在白纸上,用磁铁靠近黑色粉末,黑 色粉末全部被吸引;再取少量黑色粉末放入足量硫酸铜溶液中,搅拌后发现 黑色粉末部分变红。【提出问题】炼出来的黑色粉末的成分是什么呢?【查阅资料】在铁的氧化物中只有氧化铁是红棕色,其余都是黑色;只有氧
化亚铁在空气中会很快被氧化成氧化铁;只有四氧化三铁有磁性。【综合探讨】同学们得出此次炼铁得到的生成物是 。(5)请从两个不同角度评价该实验的优点: 、 。
答案 (1)红棕色粉末变黑 澄清石灰水变浑浊(2)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 (3)B A (4)Fe和Fe3O4 (5)节约资源 环保安全(或其他合理答案)
解析 本题结合对一氧化碳还原氧化铁实验装置的探究与改进,考查了学 生科学探究与创新意识的核心素养。(1)在高温的条件下,一氧化碳将红棕 色的氧化铁还原为黑色的铁粉,生成的二氧化碳能使澄清的石灰水变浑 浊。(2)一氧化碳在高温时与氧化铁反应生成铁和二氧化碳。(3)在高温的 情况下铁易被氧化,为避免装置温度高时铁重新被氧化,所以应先打开a通 入氮气,再关闭b停止通一氧化碳,最后熄灭酒精灯,然后继续通入氮气直到 装置冷却。(4)把生成的黑色粉末倒在白纸上,用磁铁靠近黑色粉末,黑色 粉末全部被吸引;再取少量黑色粉末放入足量硫酸铜溶液中,搅拌后发现黑 色粉末部分变红,说明该粉末中含有铁和四氧化三铁。
2.图8-3-15是初三某班同学探究铁生锈实验不断完善优化的过程。 图8-3-15(1)优化实验时将Ⅰ中自来水换为蒸馏水,目的是 。(2)优化实验时增加Ⅳ是为了证明铁生锈与空气中的 (填化学式)有关。(3)实验Ⅴ在软塑料瓶中完成,一周后可观察到铁钉生锈, ,同 时铁钉靠近水面部分锈蚀最厉害。由此可知:铁生锈实际是铁与
(填化学式)共同作用的结果。(4)实验Ⅵ还可用来完成 (填实验名称)。
答案 (1)排除水中溶有的氧气、消毒剂等物质的干扰 (2)O2(3)塑料瓶变瘪 O2、H2O(4)测定空气中氧气的含量实验
解析 本题通过探究铁生锈实验的完善与优化,考查了学生实验探究与创 新意识的学科素养。(1)自来水换为蒸馏水,目的是排除水中溶有的氧气、 消毒剂等物质的干扰。(3)铁生锈是铁和氧气、水共同作用的结果;反应后 塑料瓶中的压强变小,塑料瓶变瘪。(4)实验Ⅵ可用于测定空气中氧气的含 量。
(2018北京丰台一模)暖贴发热利用了铁粉生锈放出热量的原理,某小组同 学设计并进行实验,探究铁生锈的条件及影响生锈速率的因素。Ⅰ.探究铁生锈的条件 (1)由实验B和C得出铁生锈需要与水接触,画出实验C的实验装置图。(2)证明铁生锈需要与氧气接触的实验现象是 。
Ⅱ.探究影响铁生锈速率的因素【查阅资料】暖贴的发热材料主要有铁粉、活性炭、食盐、水等物质。【猜想假设】1.活性炭能加快铁粉生锈的速率。
2.食盐能加快铁粉生锈的速率。【进行实验】下表是2 g 铁粉、5 g 水与不同量活性炭、食盐均匀混合后, 在10分钟内温度上升的实验记录。
【解释与结论】(3)表中x的值为 。(4)对比实验1和3,得出的结论是 。(5)欲得出结论“活性炭与食盐同时存在会大幅度加快铁生锈速率”,需要
对比 (填实验编号)。【反思与评价】(6)下列说法正确的是 。A.暖贴在使用前要密封保存B.暖贴使用后剩余物可以回收利用C.利用铁生锈的原理,铁粉还可用于食品保鲜
答案 (1) (2)A中铁钉不生锈,B中铁钉生锈 (3)0 (4)食盐能加快铁粉生锈的速率 (5)2、3、4或1、2、3、4 (6)ABC
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