课题3-1 金属资源的利用和保护（上）（word讲义）-九年级下册化学同步精品讲义（人教版）

  一、金属资源概述1. 少数很不活泼的金属以单质形式存在，如金、银等。2. 绝大多数金属以化合物形式存在，如Fe、Cu、Al等。3. 常见的金属矿石及其主要成分金属矿石赤铁矿黄铁矿菱铁矿铝土矿黄铜矿辉铜矿主要成分Fe2O3FeS2FeCO3Al2O3CuFeS2Cu2S4. 我国矿物储量居世界前列。5. 人类每年要提取数以亿吨的金属用于工农业生产和其他领域，其中提取量最大的是铁。 二、铁的冶炼1. 实验室用CO还原氧化铁冶炼原理利用CO和Fe2O3反应，在高温下，把铁从铁矿石中还原出来。实验装置与仪器酒精喷灯、直玻璃管、试管、玻璃导管、铁架台、胶塞、酒精灯实验步骤①检查装置气密性；②装入药品并固定装置；③通入纯净的CO；④点燃酒精喷灯加热；⑤停止加热；⑥停止通入CO。实验现象红棕色粉末逐渐变黑；澄清石灰水变浑浊；尾气燃烧产生蓝色火焰。相关反应3CO + Fe2O3  2Fe + 3CO2    CO2 + Ca(OH)2 ==== CaCO3↓+ H2O2CO + O2  2CO2 思考与交流【答案】（1）排净玻璃管内的空气，防止高温加热不纯净的一氧化碳引起爆炸。（2）防止生成的铁在高温条件下被再次氧化。（3）防止有毒的一氧化碳进入空气中，污染空气。（4）通入一氧化碳一段时间后点燃酒精灯，然后再点燃酒精喷灯；结束后先熄灭酒精喷灯，等试管冷却后再熄灭酒精灯。（5）试验得到的黑色粉末能否被磁铁吸起。2. 工业炼铁设备炼铁高炉高炉炼铁示意图原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气石灰石作用将矿石中的二氧化硅转变为炉渣CaCO3 + SiO2  CaSiO3 + CO2↑相关反应C + O2  CO2    CO2 + C  2CO3CO + Fe2O3  2Fe + 3CO2产物生铁（含碳） 三、炼铁的相关计算在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。1. 纯净物质的质量 = 含杂质物质的总质量×纯度2. 含杂质物质的总质量 = 纯净物质的质量÷纯度 举个例子 题型一：金属元素的存在形式【变1】（2019·福建·大同中学九年级期中）从化学的角度对下列诗句、成语进行解释，错误的是A．“点石成金”—化学反应改变了元素种类B．“满架蔷薇一院香”—分子在不停地运动C．“热胀冷缩”—粒子间的间隙发生变化D．“沙里淘金”—金在自然界中可以单质形式存在【答案】A【详解】A、化学反应前后原子和元素种类都不变，故A选项错误；B、闻到气味类的说明分子是运动的，故B选项正确 ；C、热胀冷缩是物质体积发生了变化，从微观方面看是构成物质的微粒间的间隙发生变化，故C选项正确；D、沙里淘金，是将金从沙子中分离出来，金在自然界中能以单质形式存在，故D选项正确；故选A。 题型二：常见金属矿石的成分【变2】（2021·全国·九年级课时练习）下列是4种矿石（括号中为主要成分），其主要成分属于单质的是A．铝土矿 B．金矿C．白钨矿 D．辉铜矿【答案】B【详解】A、铝土矿主要成分是氧化铝，由两种元素组成，属于化合物，故不符合题意；B、金矿是主要成分是金，由一种元素组成，属于单质，故符合题意；C、白钨矿主要成分是CaWO4，由三种元素组成，属于化合物，故不符合题意；D、辉铜矿主要成分是Cu2S，由两种元素组成，属于化合物，故不符合题意。故选B。 题型三：实验室炼铁【例4】（2021·黑龙江·绥棱县后头乡学校九年级期中）如图是实验室中模拟炼铁的实验装置，完成下列问题（1）实验过程中先进行的是________。（填“加热”或“通一氧化碳”）（2）写出A中反应的化学方程式：________，可观察到的现象是________；（3）B中观察到的现象是________，B中反应的化学方程式是________；（4）该装置的不足之处是________。【答案】（1）通一氧化碳（2）    Fe2O3+3CO2Fe+3CO2    红色粉末变成黑色    （3）    澄清石灰水变浑浊    Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O    （4）没有尾气处理装置【解析】（1）为防止CO与空气混合加热时引起爆炸，进行加热前要先通入CO排出装置内空气；故实验过程中，先要进行的是通一氧化碳；（2）装置A中通入的CO在高温下还原氧化铁，生成铁和二氧化碳，看到红色粉末变成黑色，反应的化学方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；（3）装置B中澄清石灰水遇二氧化碳变浑浊，因为二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，反应的化学方程式：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O；（4）尾气中含有毒气体CO没经处理直接排放到空气中，这是此实验中的不足，应加以改进。  题型四：工业炼铁【例6】（2021·重庆巴蜀中学二模）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COB．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【答案】D【详解】A、甲图中实验开始时，应先通入一氧化碳，将装置内空气排尽，然后点燃加热氧化铁的酒精喷灯，防止发生爆炸，不符合题意；B、乙图炼铁中原料焦炭的作用是提供热量和提供还原剂一氧化碳，不符合题意；C、高炉炼制出的生铁是铁合金的一种，属于金属材料，不符合题意；D、一氧化碳还原氧化铁的反应中，一氧化碳得到氧，是还原剂，一氧化碳发生了氧化反应，符合题意。故选D。 题型五：炼铁的计算【变7-2】（2019·陕西师大附中一模）某炼铁厂月产含铁96%的生铁21000t，若用含75%Fe3O4的磁铁矿为原料，至少需要多少吨磁铁矿？【答案】解：设磁铁矿的质量为xx=37120t答：至少需要37120t磁铁矿。【详解】见答案。  题型六：金属的冶炼综合【例8】（2021·黑龙江·齐齐哈尔市铁锋区教师进修学校二模）现有①赤铁矿（主要成分是Fe2O3）②磁铁矿（主要成分是Fe3O4）③黄铁矿（主要成分是FeS2），请你从经济效益和环境保护的角度分析三种矿石哪种不适合用来炼铁？为什么？【答案】FeS2；因为FeS2的含铁量少，而且在冶炼的过程中，会产生二氧化硫而污染空气【详解】根据计算可知，Fe2O3中铁元素的质量分数为×100%=70%，Fe3O4中铁元素的质量分数为×100%≈72.4%，FeS2中铁元素的质量分数为×100%≈46.7%，二硫化亚铁中铁的含量最低，而且含有的硫元素燃烧能生成二氧化硫，污染环境，故填：FeS2，因为FeS2的含铁量少，而且在冶炼的过程中，会产生二氧化硫而污染空气。【例11】（2021·江苏·淮安市黄集九年制学校九年级阶段练习）小明设计了下图所示的实验装置，进行CO还原Fe2O3的实验。试回答：（1）该装置存在一处不完善的地方是______________________。（2）实验结束，装置冷却后A处观察到的现象是______________________；（3）金属在生产和生活中有广泛的应用。下列金属制品中，利用金属导热性的是______________________。A．灯泡中钨丝 B．铝导线 C．铁锅（4）工业上用含氧化铁480t的赤铁矿为原料炼铁，最多得到多少吨的纯铁？(根据化学方程式进行计算，写出完整的计算过程) _____________【答案】（1）缺少尾气的处理装置（2）红棕色固体逐渐变成黑色（3）C（4）设：最多得到纯铁的质量为x


x=336t
答：最多得到336吨的纯铁。【解析】（1）一氧化碳有毒，不溶于水，不与石灰水反应，该装首缺少尾气的处理装置，而把一氧化碳直接排故到空气中了；（2）一氧化碳还原氧化铁，生成铁单质和二氧化碳，A处观察到的现象是红棕色固体逐渐变成黑色；（3）A、灯泡中钨丝是利用金属的熔点高、导电性，故错误；B、铝导线利用金属的导电性，故错误；C、铁锅利用金属的导热性，故正确，故选：C。（4）见答案。 【题1】（2021·湖南·长沙市教育科学研究院基础教育研究所模拟预测）下列有关金属材料说法正确的是A．年产量最高的金属是铝   B．“真金不怕火炼”说明黄金的熔点很高C．工业上从含有金属元素的矿石里提取金属   D．生铁和钢都是含碳量少的铁合金【答案】C【详解】A：年产量最高的金属是铁，所以A错误。B：“真金不怕火炼”是指金即使在高温下也不与氧气反应，说明金的化学性质不活泼，所以B错误。C：地球上的金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，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。工业上从含有金属元素并有开采价值的矿石中提炼金属，所以C正确。D：生铁是含碳量为2%-4.3%的铁合金，钢是含碳量为0.03%-2%的铁合金，故生铁不属于含碳量少的铁合金，所以D错误。故选C。【题2】（2021·黑龙江·哈尔滨市萧红中学八年级开学考试）某炼铁厂欲利用赤铁矿石(主要成分是氧化铁，杂质不含铁元素，也不参与反应)来炼铁。若要炼制含铁96%的生铁63t，则理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是A．120t B．108t C．96t D．84t【答案】B【详解】化学反应前后元素种类质量不变；生铁中铁元素质量等于矿石中铁元素质量，故炼制含铁96%的生铁63t，理论上需要含杂质20%的赤铁矿石的质量是63t ×96%÷ ÷(1-20%)=108t；故选B。【题3】（2022·山东·模拟预测）某兴趣小组利用实验室炼铁装置(如图1)测定氧化铁与铁粉的混合物中Fe2O3的质量分数，取10 g样品与足量CO充分反应后，测得剩余固体的质量为7.6 g，红色粉末质量变化如图2，下列说法不正确的是A．图2中c点表示红色粉末完全变为黑色B．图2中ab段表示反应还未开始，其原因是实验开始要先通一会儿一氧化碳C．图1中试管B中导管开始冒气泡，说明反应开始发生D．铁矿石样品Fe2O3的分数为80%【答案】C【详解】A、一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，观察到的现象是红色粉末逐渐变为黑色，由图像可以看出，当到c点时，红色固体的质量已经变为0g，说明氧化铁已经完全反应了，故A选项正确；B、一氧化碳还原氧化铁实验，要先通一会一氧化碳排尽玻璃管内的空气，防止加热时一氧化碳与空气的混合气体发生爆炸，故B选项正确；C、图1中试管B中导管开始冒气泡，是先通入的一氧化碳排出了玻璃管内的空气产生的气泡，反应还没有发生，故C选项错误；D、因为通入了足量的一氧化碳，反应是充分的，所以氧化铁已经完全反应，氧化铁和一氧化碳在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，氧化铁固体失氧后转化成了铁，根据质量守恒定律，原固体质量为10g，反应后生成的7.6g固体，所以固体质量减少了， 减少的质量即为氧化铁中所含有氧元素的质量，所以氧化铁的质量为：，则原混合物中氧化铁的质量分数为 ，故D选项正确；故选C。【题4】（2021·四川绵阳·中考真题）我国高铁建设走在世界前列，修建高铁需要大量铁矿石来炼铁，进而炼钢。（1）下列三种铁矿石的主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeCO3中，含铁量最高的是______。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、______、______和石灰石。（2）要炼出含铁96%的生铁1000 t，至少需要含氧化铁80%的赤铁矿多少吨？若高炉气体不加处理，理论上会向大气中排放CO2多少吨？（无计算过程不给分，计算结果保留整数。）【答案】（1）    Fe3O4    焦炭    空气    （2）解：设至少需要赤铁矿的质量为x，反应产生CO2的质量为y＝ x=1714 t＝ y =1131 t答：至少需要含氧化铁80%的赤铁矿1714 t，理论上会向大气中排放CO2 1131 t。【分析】（1）三种铁矿石的主要成分Fe2O3、Fe3O4、FeCO3中，含铁量分别为，，，故最高的是Fe3O4。高炉炼铁需要的原料有铁矿石、焦炭、空气和石灰石。（2）见答案。【题5】（2021·江苏·洪泽外国语中学九年级阶段练习）我国劳动人民在春秋战国时期就会冶铁炼钢，实验室模拟炼铁实验装置如下图所示。 （1）实验时，向 A 中注水的目的是________。（2）实验过程中，硬质玻璃管中发生的主要的化学方程式为__________。（3）CO气体除作为反应物外，还能起到的作用是：①实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；②__________；③将B装置中的CO2送入C装置的溶液中。（4）若取16g氧化铁粉末进行实验，反应一段时间后，经检测剩余黑色固体成分是 Fe 和 Fe3O4，称量固体的质量为X，则 X 的范围为__________。【答案】（1）将CO压进B装置，参加反应（2）（3）停止加热后，继续通CO气体，防止C中石灰水倒流入玻璃管中（4）【解析】（1）向 A 中注水集气瓶中水上升将CO压入B装置和氧化铁发生化学反应；（2）一氧化碳和氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学反应方程式为：；（3）停止加热后，玻璃管内温度下降，气体收缩，压强变小，石灰水会倒流入玻璃管中，如果继续通CO气体，则可以防止C中石灰水倒流入玻璃管中；（4）根据质量守恒定律可知，化学反应前后元素质量不变，所以氧化铁中铁元素质量等于黑色固体Fe 和 Fe3O4中铁元素质量，16g氧化铁中铁元素质量为：，若全部是生成铁，则X=11.2g，若全部为四氧化三铁，则X= ，所以X的范围是。【题6】（2021·山东·寿光市世纪学校九年级阶段练习）炼铁的主要原料是赤铁矿石（主要成分为Fe2O3）、焦炭、石灰石等，转化过程如下：（1）上述转化过程中涉及的物质属于金属材料的是______。A．赤铁矿 B．焦炭 C．石灰石 D．生铁 E.钢（2）高铁刹车制动盘使用合金锻钢制作，主要利用该合金耐高温、______等特性。（3）焦炭的作用：______、______。（4）以赤铁矿石为原料在高温下与一氧化碳反应的化学方程式是______。（5）用化学方程式表示生铁炼钢的原理：______。（6）厨房中铁锅容易生锈，写出一种防止铁锅生锈的具体方法______。（7）向硝酸银和硝酸铝的混合溶液中加入一定量的铁粉，观察到溶液由无色变为浅绿色后，对混合物进行过滤，则滤液中溶质的组成最多有______种情况。【答案】（1）【分析】（1）金属材料包括纯金属和合金，生铁和钢是铁的合金，都属于金属材料。赤铁矿、焦炭、石灰石均不是金属材料。故选DE；（2）高铁刹车制动盘使用合金锻钢制作，刹车需要摩擦，说明该合金具有耐高温，硬度大等特性；（3）工业炼铁过程中，焦炭燃烧生成二氧化碳，放出大量的热，二氧化碳和焦炭在高温下反应生成一氧化碳，故焦炭的作用是：提供高温、提供还原剂一氧化碳；（4）赤铁矿的主要成分是氧化铁，一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；（5）生铁炼钢的原理是生铁中的碳燃烧生成二氧化碳，降低含碳量，该反应的化学方程式为：；（6）铁与水、氧气充分接触时容易生锈，使铁制品与氧气和水隔绝可以防止生锈，防止铁锅生锈，可采用将铁锅擦干，放置在干燥处的方法；（7）金属活动性：Al＞Fe＞Ag，向硝酸银和硝酸铝的混合溶液中加入一定量的铁粉，铁和硝酸银反应生成硝酸亚铁和银，铁和硝酸铝不反应，如果硝酸银完全反应，则滤液中的溶质为硝酸铝、硝酸亚铁，如果硝酸银部分参与反应，则滤液中的溶质为硝酸银、硝酸亚铁、硝酸铝，故滤液中溶质的组成最多有2种情况。 【练1】（2021·吉林·大安市乐胜乡中学校九年级期末）自然资源是宝贵的财富，下列有关资源的说法正确的是A．空气中的二氧化碳严重危害环境，毫无益处B．地球上的水资源非常丰富，但淡水资源相对较少C．自然界中化石燃料非常丰富，取之不尽，用之不竭D．金属资源都是以化合物形式存在于自然界里【答案】B【详解】A、空气中二氧化碳含量过高，会造成温室效应，但是二氧化碳用途很多，如二氧化碳是植物光合作用的原料，固体二氧化碳，即干冰，可用于人工降雨等，不符合题意；B、地球上的水资源非常丰富，但淡水资源相对较少，且分布不均，符合题意；C、自然界中化石燃料有限，应合理开采，不符合题意；D、大多数金属资源是以化合物形式存在于自然界里，少数很不活泼的金属如金、银等有单质形式存在，不符合题意。故选B。【练2】（2021·全国·九年级课时练习）下列关于金属的说法中，正确的是A．大多数金属在自然界中以单质形式存在B．钢属于合金，生铁不属于合金C．铝土矿的主要成分是Al2O3D．电线一般用铜制而不是银制，是因为铜的导电性比银好【答案】C【详解】A、大多数金属在自然界中以化合物形式存在，只有少数金属（例如金、银）以单质形式存在，故错误；B、钢和生铁都属于铁合金，故错误；C、铝土矿的主要成分是Al2O3，故正确；D、银的导电性比铜好，但电线一般用铜制而不是银制，是因为银的价格较贵，故错误。故选C。【练3】（2022·全国·九年级课时练习）写出下列矿石主要成分的化学式。（1）赤铁矿：________________；（2）磁铁矿：________________；（3）菱铁矿：________________；（4）铝土矿：________________。【答案】（1）Fe2O3（2）Fe3O4（3）FeCO3（4）Al2O3【解析】（1）赤铁矿主要成分为氧化铁Fe2O3；（2）磁铁矿主要成分为四氧化三铁Fe3O4；（3）菱铁矿主要成分为碳酸亚铁FeCO3；（4）铝土矿主要成分为氧化铝Al2O3。【练4】（2021·河北·石家庄市第四中学九年级开学考试）工业上用600t含氧化铁80%的赤铁矿石冶炼生铁。（1）600t赤铁矿石中氧化铁的质量为___________t。（2）上述赤铁矿石理论上冶炼出含铁96%的生铁多少吨？（请根据化学方程式计算，写出计算过程）【答案】（1）480（2）解：设：上述赤铁矿石理论上冶炼出含铁96%的生铁质量为x。 x=350t答：上述赤铁矿石理论上冶炼出含铁96%的生铁质量为350t。【分析】（1）600t赤铁矿石中氧化铁的质量=600t×80%=480t。（2）详见答案。【练5】（2021·江苏·兴化市戴泽初级中学九年级阶段练习）钢铁在生产生活中有广泛应用。工业用铁矿石炼铁，实验室也可模拟炼铁。Ⅰ．工业炼铁（1）工业炼铁的主要设备为___________。（2）上述设备中焦炭的作用___________，___________。Ⅱ．实验室模拟炼铁（3）实验室模拟炼铁的装置如图所示。①反应前先通一氧化碳的目的___________。②硬质玻璃管内发生反应的化学方程式为___________。③该装置的缺陷是___________。（4）小华同学查阅资料得知：铁的氧化物除氧化铁外，其余均为黑色；而且除了铁能够被磁铁吸引外，四氧化三铁也能够被磁铁吸引；铁的氧化物均能和稀硫酸或稀盐酸反应生成相应的铁的化合物和水，没有气体生成；氧化铁转化为铁的具体过程是： Fe2O3Fe3O4FeOFe①小华认为：用磁铁来检验反应后生成了铁是不够科学的，他的依据是___________。②小华同学为了验证黑色的生成物中含有铁，他取少量黑色生成物样品于试管中，加入___________，如果观察到有___________产生，则生成物中一定有铁。【答案】（1）高炉（2）    提供热量    制还原剂CO    （3）    排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气的混合气体在加热时发生爆炸   
    没有尾气处理装置    （4）    四氧化三铁也能被磁铁吸引    稀盐酸（或稀硫酸）    气泡    【分析】（1）工业炼铁的主要设备为高炉，故填：高炉。（2）上述设备中焦炭与空气中氧气反应放出大量的热，可以提供热量；碳与二氧化碳在高温条件下生成还原剂一氧化碳，所以上述设备中焦炭的作用是提供热量；制还原剂CO，故填；提供热量；制还原剂CO。（3）①反应前先通一氧化碳的目的是：排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气的混合气体在加热时发生爆炸，故填：排尽装置内的空气，防止一氧化碳与空气的混合气体在加热时发生爆炸；②硬质玻璃管内发生反应是一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为，故填： 。③一氧化碳有毒，未反应的一氧化碳未进行处理，所以该装置的缺陷是没有尾气处理装置，故填：没有尾气处理装置。（4）①由资料可知：四氧化三铁也能够被磁铁吸引，所以用磁铁吸用来检验反应后产物中生成了铁是不够科学的，故填：四氧化三铁也能够被磁铁吸引；②铁能与稀盐酸或稀硫酸反应生成氢气，所以为了验证黑色的生成物中含有铁，取少量黑色生成物样品于试管中，加入稀盐酸或稀硫酸，如果观察到有少量气泡产生，则产物中一定有铁生成，故填：稀盐酸（或稀硫酸）；气泡