8.3 金属资源的利用和保护（第1课时）（分层练习）初中化学人教版（2024）九年级下册 第八单元 金属和金属材料（解析版）

.3金属资源的利用和保护（第1课时）1．在自然界中能够以单质形式存在的是（）A．Fe B．Al C．Na D．Au【答案】D【解析】自然界中的金属除极少数不活泼的金属（金、银）以单质形式存在外，都以化合物的形式存在。故选D。2．下列不属于工业炼铁的主要原料的是（）A．铁矿石 B．焦炭 C．石灰石 D．二氧化碳【答案】D【解析】炼铁的主要原料是石灰石、铁矿石、焦炭，石灰石的作用是将矿石中的二氧化硅转变为炉渣，焦炭提供热量和一氧化碳，一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁。故选D。3．大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，在以下四种矿石中，可用于炼铁的是（）A．赤铁矿（主要成分是Fe2O3） B．炉甘石（主要成分是ZnCO3）C．铝土矿（主要成分是A12O3） D．赤铜矿（主要成分是Cu2O）【答案】A【解析】炼铁是将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁，故矿石中必须含有铁元素；A、赤铁矿（主要成分是Fe2O3）中含有铁元素，可用于炼铁，符合题意；B、炉甘石（主要成分是ZnCO3）中不含有铁元素，不可用于炼铁，不符合题意；C、铝土矿（主要成分是A12O3）中不含有铁元素，不可用于炼铁，不符合题意；D、赤铜矿（主要成分是Cu2O）中不含有铁元素，不可用于炼铁，不符合题意；故选A。4．“祝融号”火星车探测发现火星地表被赤铁矿覆盖而呈橘红色，赤铁矿主要成分是（）A．Fe3O4 B．Fe2O3 C．FeO D．FeCO3【答案】B【解析】A、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，化学式为，故选项错误；B、赤铁矿的主要成分是氧化铁，化学式为，故选项正确；C、方铁矿的主要成分是氧化亚铁，其化学式为，故选项错误；D、菱铁矿的主要成分是碳酸亚铁，其化学式为，故选项错误。故选B。5．关于一氧化碳冶炼铁的反应中叙述不正确的是（）A．一氧化碳还原氧化铁的反应属于置换反应B．氧化铁失去氧被还原，发生还原反应C．一氧化碳得氧被氧化，发生氧化反应D．氢气可以代替一氧化碳还原氧化铁中的铁，该反应属置换反应【答案】A【解析】A、置换反应是一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应，故该反应不是置换反应，故叙述错误；B、氧化铁反应后生成铁，失去氧，作氧化剂，被还原，发生还原反应，故叙述正确；C、一氧化碳在化学反应中得到氧生成二氧化碳，作还原剂，被氧化，发生氧化反应，故叙述正确；D、氢气具有还原性可以来代替CO还原氧化铁中的铁，反应的化学方程式为：，该反应属于置换反应，故叙述正确。故选A。6．如图为《天工开物》中描绘我国古代炼铁的场景。下列说法错误的是（）A．铁是地壳中含量仅次于铝的金属元素B．焦炭只起提供热量的作用C．炼铁中的原理可为D．炼铁中风箱鼓入空气与投料逆行是为了增大反应物的接触面积，反应更加充分【答案】B【解析】A、地壳含量较多的元素（前四种）按含量从高到低的排序为：氧、硅、铝、铁，铁是地壳中含量仅次于铝的金属元素，故选项说法正确；B、碳与氧气反应生成二氧化碳，放出热量；二氧化碳与焦炭高温下反应生成一氧化碳；因此工业炼铁中焦炭除了起到提供热量的作用，还可将二氧化碳还原为一氧化碳，为反应提供还原剂，故选项说法错误；C、炼铁的原理可以是一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：，故选项说法正确；D、炼铁中风箱鼓入空气与投料逆行是为了增大反应物的接触面积，反应更加充分，故选项说法正确。故选B。7．工业用焦炭还原100kg含Fe2O380%的赤铁矿，理论上可炼得铁的质量为多少？（请写出解题步骤）【答案】解：设理论上可炼得铁的质量为x答：理论上可炼得铁的质量为56kg。【解析】见答案。1．铁是年产量最高的金属，而且应用广泛，下列有关金属铁冶炼说法不正确的是（）A．冶炼原料是铁矿石、焦炭、石灰石B．炼铁中焦炭的作用是提供热量和还原剂C．磁铁矿的成分是四氧化三铁D．炼铁所得生铁含碳量是0.03%～2%【答案】D【解析】A、冶炼原料是铁矿石、焦炭（提供热量和一氧化碳）、石灰石（将矿石中的二氧化硅转化为炉渣），不符合题意；B、炼铁中，焦炭燃烧生成二氧化碳，放出热量，提供热量，同时二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳，提供还原剂，不符合题意；C、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，不符合题意；D、生铁的含碳量为：2%-4.3%，符合题意。故选D。2．下列有关工业炼铁的说法正确的是（）A．工业炼铁的主要设备是高炉B．炼得的铁是银白色的纯净物C．工业炼铁产生的废气对空气无害，可以直接排放D．黄铁矿（主要成分FeS2）比赤铁矿（主要成分Fe2O3）更适合炼铁【答案】A【解析】A、工业炼铁是在高炉中进行的，故A说法正确；B、在炼铁的过程加入了较多的物质，所以在炼出的铁中含有其他杂质，例如碳，所以不能得到银白色的纯净物，故B说错误；C、炼铁的过程产生的高炉气中含有较多的一氧化碳，而一氧化碳有毒直接排放到空气中会引起空气的污染，故C说法错误；D、黄铁矿（主要成分是FeS2）中含有硫元素，在炼制过程中会产生二氧化硫，所以必须添加除硫设备，增加了成本，所以赤铁矿（主要成分Fe2O3）更适合炼铁，故D说法错误。故选：A。5．工业上炼铁、炼钢及轧制钢材的主要流程如下图：已知：生铁中含碳量为2%-4.3%，钢中含碳量为0.03%-2%。（1）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是。其中焦炭的作用是。（2）写出以磁铁矿为原料炼铁的化学方程式：。（3）向炼铁高炉通入的热空气和排出的高炉气体的主要成分中，有一种相同的气体，该气体的化学式为。（4）用化学方程式表示炼钢炉中通入纯氧的目的：。（5）将钢锭轧成钢板，体现了金属的性。【答案】增大反应物接触面积，加快反应速率提供热量，生成还原剂一氧化碳N2延展【解析】（1）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是增大反应物接触面积，加快反应速率。其中焦炭的作用是和氧气反应生成二氧化碳放出大量热，提供反应所需的高温，并和二氧化碳反应生成还原剂一氧化碳。（2）磁铁矿主要成分为四氧化三铁；一氧化碳在高温下和四氧化三铁反应生成二氧化碳和铁，。（3）空气中氮气的体积分数约为78%，氮气化学性质稳定不容易参加化学反应；向炼铁高炉通入的热空气和排出的高炉气体的主要成分中，有一种相同的气体，该气体为氮气N2。（4）炼钢炉中通入纯氧的目的是和生铁中碳反应，降低合金的含碳量，碳和氧气在点燃的条件下生成二氧化碳：。（5）将钢锭轧成钢板，体现了金属良好的延展性。4．铁是工农业生产中应用广泛的金属，我国拥有着悠久的钢铁冶炼史。结合高炉炼铁过程的示意图回答问题。(1)常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿，其中磁铁矿的主要成分是（填化学式）。(2)反应②的化学方程式为。(3)该图示的“高炉气体”中除含有少量CO外，主要还含有和CO2；炼出的生铁比纯铁硬度（填“大”或“小”）。(4)根据化学方程式计算，若用赤铁矿炼出5.6t的铁，产生二氧化碳的质量是多少？【答案】(1)Fe3O4(2)CO2+C2CO(3)氮气/N2大(4)解：设产生二氧化碳的质量是x答：产生二氧化碳的质量是13.2t。【解析】（1）磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，化学式为Fe3O4。（2）反应②为二氧化碳和碳高温生成一氧化碳，化学方程式为CO2+C2CO。（3）该图示的“高炉气体”中除含有少量CO外，主要还含有未参与反应的氮气，和CO2；生铁是合金，一般合金的硬度大于其组成中纯金属的硬度，故炼出的生铁比纯铁硬度大。（4）见答案。5．我国有着悠久的钢铁冶炼史，《天工开物》中记载的“炒钢法”如图1，该方法的生产过程可用图2表示。

资料：①潮泥灰主要成分是石灰石。②铁的熔点是1535℃。根据图文回答下列问题。(1)常见的铁矿石有赤铁矿和(写一种)。(2)不断鼓入空气的目的是。(3)炼铁炉中生成铁的化学方程式为(写一种)。(4)撒入潮泥灰主要作用是。不断翻炒液态生铁，是为了降低元素的含量。【答案】(1)磁铁矿（合理即可）(2)使碳充分燃烧，提高炉温(3)(或)(4)将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣而除去碳/C【解析】（1）常见的铁矿石有赤铁矿和磁铁矿或菱铁矿(合理即可)（2）不断鼓入空气的目的是使碳与氧气充分燃烧，放热，提高炉温（3）高温条件下氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；或高温条件下四氧化三铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：。（4）撒入潮泥灰主要作用是将铁矿石中的二氧化硅转化为炉渣而除去，生铁和钢的区别是含碳量不同，不断翻炒液态生铁，使生铁中碳与氧气接触反应生成二氧化碳，降低碳元素的含量。6．高炉炼铁所需的原料有铁矿石、焦炭、石灰石等，其过程可用如图1简要表示：(1)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因为炉渣具有以下性质：一是炉渣的熔点比铁高，二是。(2)焦炭在高炉炼铁中通常要先进行粉碎处理，其目的是。(3)反应Ⅲ中氧化铁被还原，写出反应的化学方程式。(4)由于高炉炼铁使用的原料是空气，因此排出的高炉气中含有多种成分，其中含量最高（占55%~60%）的是。【答案】(1)炉渣的密度比铁水小(2)增大与气体的接触面积，加快反应速率(3)(4)N2【解析】（1）炼铁高炉底部通过不同高度的出口分离铁水与炉渣(如图所示)，炉渣的出口在上方，铁水的出口在下方，所以炉渣的密度比铁水小以及炉渣的熔点比铁高，故能实现渣铁分离；（2）焦炭在高炉炼铁中通常要先进行粉碎处理，其目的是增大接触面积，加快反应进行；（3）反应Ⅰ中焦炭在空气中燃烧生成二氧化碳，反应Ⅱ中生成的二氧化碳与焦炭高温下反应生成一氧化碳气体，反应Ⅲ中一氧化碳与氧化铁高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应方程式为：；（4）由于高炉炼铁使用的原料是空气，空气中含量最高的是氮气，因此排出的高炉气中含有多种成分，其中含量最高(占55%~60%)的是氮气。1．某工厂要用赤铁矿石(主要成分是氧化铁，假设杂质不含铁元素)来炼制生铁。若用含杂质的赤铁矿石60t来炼制生铁，假设在炼制过程中损失的铁元素，则能炼得含铁的生铁的质量是（）A． B． C． D．【答案】C【解析】赤铁矿中铁元素的质量为，根据元素守恒，则炼的生铁中铁元素的质量为33.6t×（1-10%）=30.24t，则炼得生铁的质量为，故选C。2．炼铁工业中高炉煤气的一种新的处理过程如图所示，有关该过程的叙述错误的是（）A．可减少CO2的排放B．Fe3O4和CaO均可循环利用C．H2、CO在过程①体现还原性D．在反应中C、H、Fe、Ca的元素化合价都发生了变化【答案】D【解析】A、该反应中消耗二氧化碳，将二氧化碳转化为CO，故可减少二氧化碳的排放，故A正确，B、由图可知，四氧化三铁和铁之间相互转化，氧化钙和碳酸钙之间相互转化，故Fe3O4和CaO均可循环利用，故B正确；C、过程①氢气得氧变成水，一氧化碳得氧变成二氧化碳，H2、CO均体现还原性，故C正确；D、在该反应中，一氧化碳和二氧化碳相互转化，碳化合价发生变化；氢气转化为水，氢元素的化合价也发生变化；四氧化三铁和铁之间相互转化，铁元素的化合价也发生变化，碳酸钙和氧化钙中钙元素的化合价均为+2价，则钙元素的化合价不变，故D错误；故选D。3．人类的生产生活离不开金属和金属材料。(一）金属冶炼(1)《天工开物》中记载了炼锡的场景：“煎炼亦用洪炉，入砂数百斤，丛架木炭亦数百斤，鼓鞴（指鼓入空气)熔化”。其中“点铅勾锡”是炼锡的关键步骤，加铅能使锡较易熔化流出，其原因是。(2)下图为高炉冶铁、炼钢并用生产的钢来探究白铜成分的流程图。（已知硫酸镍的化学式为NiSO4）①用高炉冶铁的主要反应原理是。（用化学方程式表示）②分析流程图，三脱装置中发生反应的基本反应类型是。铁与镍相比，铁的金属活动性镍（选填“>”、“=”或“<”）。③通过以上信息，得出白铜的成分是。(二）探究氢气与氧化铜的反应氢气具有还原性。有文献报道：在氢气还原氧化铜的些实验中，得到的固体产物是铜和氧化亚铜（Cu2O）组成的混合物。氧化亚铜为红色固体,在空气中溶于氨水得到蓝色溶液。某兴趣小组对此开展如下探究。I.设计如图1实验装置，进行氢气还原氧化铜的实验并检验固体产物。(3)气体发生装置在装入药品前,要进行的一项基本操作是。(4)实验开始时，(填字母序号)A．先向长颈漏斗中加稀硫酸,后点燃酒精灯B．先点燃酒精灯加热，后向长颈漏斗中加稀硫酸(5)若要证明固体产物中含有Cu2O，请写出实验方案设计及现象：取反应后的红色固体少量于烧杯中，。II.探究反应生成Cu2O的质量情况。称取若干份质量均为0.6000g的CuO，在相同条件下分别用氢气还原。不同时间（t）检测所得固体中Cu2O的质量（m）如图2。(6)由图2分析可知，为使反应所得固体中不含有Cu2O，应采取的措施是。III.探究反应生成Cu2O的原因。可能发生的反应：①②为解释实验结果,同学们提出如下假设:假设1：先发生反应①，然后再发生反应②假设2：化学反应①和反应②能够同时发生。(7)结合探究II的结果，通过数据分析，假设(填“1”或“2”)成立，请说明理由。【答案】(1)合金的熔点比组成它的纯金属的熔点低(2)化合反应>Cu、Ni(3)检查装置的气密性(4)A(5)加入氨水充分搅拌，溶液变蓝色(6)延长反应时间(7)2若假设1成立，根据计算应先生成Cu2O的质量为0.54g≠图2的0.3218g，故假设1不成立【解析】（1）加铅后形成合金，合金的熔点通常比组成它的纯金属的熔点低，因此“点铅勾锡”是炼锡的关键步骤，加铅能使锡较易熔化流出，其原因是合金的熔点比组成它的纯金属的熔点低；（2）①用高炉冶铁的主要反应原理是一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成二氧化碳和铁，化学方程式为；②三脱装置中，在点燃条件下，磷燃烧生成五氧化二磷，硫燃烧生成二氧化硫，硅燃烧生成二氧化硅，均符合“多变一”的特点，属于化合反应；由流程图可知，向白铜中加入适量稀硫酸，得到滤渣和滤液，铜与稀硫酸不反应，则滤渣中含铜，向滤液中加入适量钢，钢中含铁，得到C、Ni和滤液2，说明白铜中含有镍，镍与稀硫酸反应生成了硫酸镍，加入钢，铁与硫酸镍反应生成了硫酸亚铁和镍，说明铁的金属活动性>镍；③由以上分析可知，白铜的成分是Cu、Ni；（3）气体发生装置在装入药品前，要进行的一项基本操作是检查装置的气密性；（4）锌与稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌，氢气具有可燃性，与空气混合点燃易发生爆炸，因此需要通入一段时间氢气排尽装置内的空气再点燃酒精灯，故实验开始时，应先向长颈漏斗中加稀硫酸，后点燃酒精灯，故选：A；（5）已知氧化亚铜为红色固体，在空气中溶于氨水得到蓝色溶液，则证明固体产物中含有Cu2O的实验方案为：取反应后的红色固体少量于烧杯中，加入氨水充分搅拌，溶液变蓝色，说明固体产物中含有Cu2O；（6）由图2可知，随着反应时间的增加，固体中Cu2O的质量逐渐减少，因此为使反应所得固体中不含有Cu2O，应采取的措施是延长反应时间；（7）若假设1成立，即先发生反应①，再发生反应②，设0.6000g的CuO最多能生成Cu2O的质量为x，由图2可知，生成Cu2O的质量最大为0.3218g＜0.5400g，说明假设1不成立，则化学反应①和反应②能够同时发生，故假设2成立，理由是若假设1成立，根据计算应先生成Cu2O的质量为0.54g≠图2的0.3218g，故假设1不成立。4．我国的矿产资源是非常丰富的，可为我们提供生活必要的金属制品。(1)实验室炼铁帮助我们认识铁的冶炼原理。①反应开始后A中现象为。B中的澄清石灰水变。②A中的反应原理为：。（方程式表示）③C处装置的目的是。(2)在工业生产上，炼铁设备高炉如图所示：①高炉炼铁的主要原料有。②在B区生成的焦炭转化成具有还原性气体一氧化碳的过程为。③炼铁厂用含氧化铁480t的赤铁矿石炼铁，理论上可得到含有杂质4%的生铁质量为。(3)人类制得并利用金属有着悠久的历史：利用孔雀石冶炼铜的主要反应①，该反应的类型是反应；②，在该化学反应前后，铜元素化合价发生的变化情况是→。【答案】(1)红色固体逐渐变黑浑浊引燃尾气中的一氧化碳，防止空气污染(2)铁矿石、焦炭、石灰石、热空气350t(3)分解+20【解析】（1）①A中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，氧化铁为红色固体，生成铁粉为黑色，所以A中的现象为：红色固体逐渐变黑；因为有二氧化碳生成，所以B中的澄清石灰水变浑浊；②A中的反应原理为：；③在氧化铁的还原过程中，需要提前通入一氧化碳排尽玻璃管内的空气，反应结束后需要继续通入一氧化碳至玻璃管冷却，另外反应过程中也有一少部分一氧气碳随气流逸出，一氧化碳有毒性，会污染空气，但一氧化碳有可燃性，在空气中燃烧生成二氧化碳，所以C装置的作用是：引燃尾气中的一氧化碳，防止空气污染。（2）①高炉炼铁的主要原料有：铁矿石、焦炭、石灰石、热空气；②在B区生成的焦炭转化成具有还原性气体一氧化碳的过程为：焦炭和二氧化碳在高温的条件下反应生成一氧化碳，用方程式表示为：。③解法一：设得到生铁的质量为。答：得到含杂质4%的生铁350t。解法二：根据氧化铁中的铁元素全部转化到生铁中，生铁的质量为：。（3）①的反应为一种物质反应生成三种物质，属于分解反应；②在氧化铜中，铜元素显+2价，在单质铜中，铜元素显0价，所以铜元素的化合价变化情况是：+2→0。5．某兴趣小组对炼铁的相关知识进行了深入研究。Ⅰ.用磁铁矿冶炼生铁的一种工业流程如图。(1)高温炼焦主要发生(选填“物理”、“化学”)变化。(2)白云石的主要成分是CaMg(CO3)2，熔剂中一定含有的两种金属氧化物分别是(填化学式)。(3)如图中的a、b分别是“高温烧结”前后磁铁矿与饶结矿的显微图，其中“5”表示孔洞，对比上述流程可知“高温烧结”主要目的之一是，从而增大高炉炼铁的反应速率。(4)采用喷煤的方法，可以减少高炉炼铁原料中的用量。(5)高炉炼铁示意如图所示，C区是生铁的生成区域，请写出用磁铁矿炼铁的化学反应方程式，炉内不同区域发生的主要化学反应不同，因此各处温度不同，则温度的大小为：A区B区。(6)5g某钢样在纯氧中完全燃烧，得到0.33g二氧化碳。求此钢样中碳的质量分数。(写出计算过程)。Ⅱ.实验模拟工业炼铁的微型实验：(7)制备CO的原理是：(甲酸HCOOH在常温下为液态，浓硫酸具有吸水性)。该化学方程式中X的化学式是。装置A产生的CO气流具有干燥、(填“快速"或“平稳")的特点。(8)模拟炼铁实验开始时应(排序)。a.挤压盛放甲酸的胶头滴管

b.点燃酒精灯(9)尾气处理：分析反应排出的尾气成分，可知装置C用于防倒吸，装置D的作用除了检验反应产生的二氧化碳之外，还有。(10)现象的定性分析：反应后固体全部变黑，同学们认为反应后的黑色粉末中还可能含有Fe3O4。已知：Fe3O4能溶于稀H2SO4，且有Fe3+生成；Fe3+遇到硫氰化钾溶液显血红色。为证明黑色粉末成分，某同学取少量样品于烧杯中，加过量稀H2SO4，充分反应后，滴加少量疏氰化钾溶液，证明黑色粉末中含有Fe和Fe3O4的现象是。(11)现象的定量分析：某同学改交温度后再次用氧化铁还原炼铁，加热一段时间后，取反应后的固体粉末，使用仪器测得粉末中铁元素和氧元素的质量比为5：2，据此推断其组成可能是(填字母)。A．FeO B．Fe3O4 C．FeO和Fe3O4 D．Fe3O4和Fe2O3Ⅲ.其他炼铁方法。(12)随着中国铁路的发展，高铁时代已经来临、为适应提速要求，需把原有短轨连接成超长轨，工程技术人员常用点燃铝热剂(铝粉和氧化铁粉末的混合物)的方法，使其在高温条件下发生置换反应，放出大量的热，生成熔融状态的铁，从而焊接钢轨间的缝隙.请写出该反应的化学方程式。【答案】(1)化学(2)CaO和MgO(3)增大接触面积(4)焦炭(5)大于(6)1.8%解：设钢样中碳的质量为xx=0.09g此钢样中碳的质量分数为：(7)H2O平稳(8)a(9)收集一氧化碳的作用(10)有气泡产生，且溶液变为血红色(11)D(12)【解析】（1）以高温炼焦过程产生有新物质CO产生，因此主要发生化学变化，故填：化学；（2）白云石含Ca和Mg两种金属元素因此熔剂中一定含有的两种金属氧化物为CaO和MgO，故填：CaO和MgO；（3）观察图片发现反应后孔洞数量明显