专题5.2 金属矿物 铁的冶炼（沪教全国）（教师）习题

第2节金属矿物铁的冶炼【题型1矿石的组成及分类】【题型2实验室模拟工业炼铁】【题型3工业炼铁】【题型4金属的冶炼炼钢】【题型5混合物在化学计算中的处理方法】【题型6化工流程的问题分析】【题型7金属中的科学探究】【题型1矿石的组成及分类】【例1】同学们收集的下列矿石样品中，主要成分为Fe3O4的是A．赤铁矿 B．磁铁矿 C．孔雀石 D．铝土矿【答案】B【详解】A、赤铁矿的主要成分是氧化铁，其主要成分的化学式为Fe2O3，故选项不符合题意；B、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，其主要成分的化学式为Fe3O4，故选项符合题意；C、孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，其主要成分的化学式为Cu2（OH）2CO3，故选项不符合题意；D、铝土矿的主要成分是氧化铝，其主要成分的化学式为Al2O3，故选项不符合题意。故选B。【变式1】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【详解】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。【变式2】下列物质中属于纯净物的是A．空气 B．生铁 C．赤铁矿石 D．冰水共存物【答案】D【详解】A、空气中含有氮气、氧气等气体，属于混合物，此选项错误；B、生铁的主要成分是铁，还含有碳等杂质，属于混合物，此选项错误；C、赤铁矿石主要成分是氧化铁，还包含其他杂质，属于混合物，此选项错误；D、冰水共存物是由一种物质组成的物质，属于纯净物，此选项正确。故选D。【变式3】“有山千丈色如丹”。广东丹霞山是世界自然遗产，其岩石中含较多氧化铁。下列说法正确的是A．氧化铁呈黑色 B．氧化铁中铁元素为+2价C．铁元素是人体必需的微量元素 D．人体内缺铁会引起骨质疏松【答案】C【详解】A、氧化铁呈红棕色；不符合题意；B、根据化学式：Fe2O3，在化合物中氧元素一般显-2价，设铁元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：2x+（-2）×3=0，则x=+3价；不符合题意；C、人体缺乏铁元素会患贫血，铁含量在0.01%以下，铁元素是人体必需的微量元素；符合题意；D、铁是合成血红蛋白的主要元素，缺乏会患贫血；不符合题意；故选：C。【题型2实验室模拟工业炼铁】【例2】如图是一氧化碳还原氧化铁的部分装置。下列有关说法不正确的是A．实验开始时应先加热再通入一氧化碳B．反应前后玻璃管a中铁元素的质量保持不变C．反应过程中可观察到b处澄清石灰水变浑浊D．一氧化碳有毒,可在c处将其点燃,以防止污染空气【答案】A【详解】一氧化碳是可燃性气体，与空气混合受热或遇明火可能发生爆炸。所以应先通入一氧化碳将装置内的空气排尽后再加热，故A错误；化学反应前后元素的种类和质量不变,所以反应前后玻璃管a中铁元素的质量保持不变,故B正确;氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，二氧化碳气体进入b中，与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，澄清石灰水变浑浊，故C正确；一氧化碳有毒,直接排入空气会污染空气。CO具有可燃性,可用点燃的方法除去，故D正确。【变式1】如图所示是模拟工业炼铁的化学反应装置，以下说法错误的是A．实验开始时应先通入一氧化碳，目的是排净硬质玻璃管内的空气，防止爆炸B．硬质玻璃管内氧化铁发生还原反应C．实验过程中硬质玻璃管内观察到的现象是黑色粉末逐渐变成红色D．装置中导管末端加一点燃的酒精灯，目的是为了燃烧未反应的一氧化碳，防止污染环境【答案】C【详解】A.一氧化碳不纯时会发生爆炸，则实验开始前要先通入一氧化碳再加热，目的是除去玻璃管内的空气，该选项说法正确；B.玻璃管中发生的反应是一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，其中氧化铁失去了氧，发生了还原反应，该选项说法正确；C.由于氧化铁是红棕色，铁粉是黑色，则玻璃管内的现象是红色粉末变黑色，该选项说法错误；D.由于一氧化碳有毒，会污染空气，则尾部加一台燃着的酒精灯，目的是除去一氧化碳，防止污染空气，该选项说法正确，故选C。【变式2】将一氧化碳和铁的氧化物FexOy置于密闭容器中，一定条件下充分反应。反应过程中容器内部分物质的质量变化如图所示。下列说法正确的是

A．m的值为19.6B．参加反应的铁的氧化物的质量为16gC．当CO2质量为4.4g时，容器内CO的质量为14gD．铁的氧化物中x:y=2:3【答案】C【详解】A、由反应的化学方程式：说法不正确；B、生成铁的质量为16.8g，参加反应的一氧化碳的质量为，则铁的氧化物中氧元素的质量为，参加反应铁的氧化物的质量=16.8g+6.4g=23.2g，说法不正确；C、当二氧化碳质量为4.4g时，由反应的化学方程式，设该反应消耗一氧化碳的质量为z则参加反应的一氧化碳的质量为2.8g，容器内一氧化碳质量=16.8g-2.8g=14g，说法正确；D、生成铁的质量为16.8g，铁的氧化物种氧元素的质量为6.4g，，说法不正确；答案：C。【变式3】2022年春晚舞蹈《只此青绿》源于宋代名作《千里江山图》。（1）《千里江山图》流传千年依旧色彩艳丽，璀璨夺目，与所用矿石颜料有关。说明所用矿石颜料化学性质（填“稳定”或“不稳定”）：（2）矿石颜料之一赭石（主要成分为Fe2O3）属赤铁矿，我国早在春秋战国时就开始炼铁。用赤铁矿炼铁的主要反应原理是（用化学方程式表示）：（3）实验室可用如图所示的装置进行模拟炼铁。反应前大玻璃管中加入铁的氧化物（FexOy）试样的质量为12.6g。加热前，应先往大玻璃管中通入CO气体的原因是。实验结束后，继续通入CO气体，直至大玻璃管冷却。此时NaOH溶液的质量增加了7.7g。推算该铁的氧化物的化学式中x、y的比为（填最简整数比）。【答案】（1）稳定（2）（3）排净装置内的空气，避免加热混合气体引起爆炸1：1【详解】（1）《千里江山图》流传千年依旧色彩艳丽，说明矿石颜料在常温下化学性质稳定。（2）赤铁矿炼铁的反应原理是一氧化碳和氧化铁在高温条件下生成铁和二氧化碳，化学方程式为。（3）加热前，应先往大玻璃管中通入CO气体的原因是排尽装置内空气，防止一氧化碳和空气混合加热发生爆炸；FexOy与一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，NaOH溶液吸收二氧化碳，溶液质量增加了7.7g，即为二氧化碳的质量，x=1,y=1故该铁的氧化物的化学式中x、y的比为1:1。【题型3工业炼铁】【例3】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。【答案】（1）延展（2）3CO+Fe2O32Fe+3CO2C+CO22CO（3）铝在空气中与氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，保护铝不被腐蚀【详解】（1）黄金能制成面罩，压成薄片，利用了黄金良好的延展性；（2）①高炉炼铁中一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；②原料中焦炭的作用是提供热量和与二氧化碳反应生成还原剂一氧化碳，化学方程式为：C+CO22CO；（3）铝的抗腐蚀性能良好的原因是：铝在空气中与氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，保护铝不被腐蚀。【变式1】下图是工业炼铁的流程图，回答下列问题：

（1）炼铁高炉中产生的CO与赤铁矿（主要成分是Fe2O3）反应的化学方程式为。（2）高炉烟气的主要成分是烟尘、CO、、（填化学式）。（3）生铁和钢是两种含碳量不同的铁合金，其中含碳量更低的是。【答案】（1）（2）CO2N2（3）钢【详解】（1）高温条件下氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为；（2）高炉炼铁要通入空气，焦炭消耗氧气，会产生CO2，二氧化碳和C反应产生CO，CO还原氧化铁产生二氧化碳，氮气不反应；高炉烟气的主要成分除烟尘、CO，还有CO2；N2；（3）生铁和钢是两种含碳量不同的铁合金，生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%，其中含碳量更低的是钢。【变式2】某钢铁厂采用赤铁矿冶炼钢铁，其主要工艺流程如下，请完成下列问题。[查阅资料]Ⅰ.赤铁矿的主要成分是Fe2O3和SiO2Ⅱ.石灰石的主要作用是将矿石中的SiO2转变为炉渣（主要成分是CaSiO3）和一种氧化物（1）在步骤①中将固体反应物粉碎的目的是。（2）高炉气体中除SO2、CO外，主要成分还有。（3）在步骤②生成炉渣的反应中没有化合价的改变，请写出生成炉渣的化学反应方程式。（4）在步骤④中吹入氩气，使钢水循环流动，使各部分均匀混合，相当于化学实验中的作用（填一种仪器名称）。【答案】（1）增大反应物之间的接触面积，使反应更充分（2）二氧化碳、氮气等（3）（4）玻璃棒【详解】（1）在步骤①中将固体反应物粉碎，可以增大反应物之间的接触面积，使反应更充分；（2）焦炭在空气中燃烧生成二氧化碳，二氧化碳和碳在高温下反应生成一氧化碳，空气中的主要成分是氮气，且没有参与反应，故高炉气体中除二氧化硫、一氧化碳外，还含有二氧化碳、氮气等；（3）碳酸钙和二氧化硅在高温下反应生成硅酸钙和一种氧化物，且在步骤②生成炉渣的反应中没有化合价的改变，根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类不变，反应物中含Ca、C、O、Si，生成物中含Ca、Si、O，故生成物中还应含碳元素，碳酸钙中碳元素显+4价，故生成的氧化物为二氧化碳，该反应的化学方程式为：；（4）在步骤④中吹入氩气，使钢水循环流动，使各部分均匀混合，相当于化学实验中玻璃棒的作用，起到搅拌的作用。【变式3】下图是炼铁高炉内部的物料说明和一套工业炼铁设备模型。请分析回答问题：（1）高炉炼铁的原理是（用化学方程式表示）。（2）高炉炼铁得到的产品是生铁，生铁和钢都是铁的合金，性能不同是因为。（3）如图副产品中的又回到了高炉，副产品综合利用的好处是。【答案】（1）（2）含碳量不同（3）炉气（或CO、N2、CO2）节约能源（或减少空气污染）【详解】（1）高炉炼铁的原理是在高温的条件下一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式是。（2）生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%，因为含碳量不同，所以生铁和钢的性能不同。（3）由图可知，副产品中的炉气又回到了高炉可循环利用，这样可不但可以节约能源还可以减少空气污染。【题型4金属的冶炼炼钢】【例4】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。（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。（5）钢的性能优良，如钢的熔点比纯铁，易于加工。【答案】（1）磁铁矿（或菱铁矿）（2）提高炉温（3）（或）（4）除杂碳/C（5）低【详解】（1）常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿；（2）不断鼓入空气的目的是为燃烧提供充足的氧气，使燃烧更加充分，为反应提供更高的温度；（3）赤铁矿的主要成分为氧化铁，磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，氧化铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，化学反应方程式为：；四氧化三铁与一氧化碳在高温下反应生成铁与二氧化碳，化学反应方程式为：；（4）潮泥灰的主要成分是碳酸钙，碳酸钙在炼铁过程中的主要作用是吸收反应中产生的杂质，产生炉渣，故撒入潮泥灰达到除杂的目的；铁的熔点是1535℃，则液态的生铁为温度很高，不断翻炒液态生铁，是为了让生铁中的碳与氧气接触燃烧，以达到降低碳元素含量的目的；（5）钢是铁与碳等物质形成的合金，合金的熔点比其中组成中的纯金属熔点低，故钢的熔点比纯铁熔点低。【变式1】工业上炼铁炼钢和轧制钢材的主要流程如下图：已知生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%。回答下列问题：（1）反应：①Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，②2Fe2O3＋3C4Fe＋3CO2↑。属于置换反应的是，高炉炼铁的主要反应是（填数字序号）。（2）炼铁的固体原料需粉碎，粉碎的目的是。（3）炼钢炉中，通入纯氧的目的是。（4）将钢锭轧成钢板，体现了金属铁的性。【答案】（1）②①（2）增大反应物的接触面积，使反应更充分（3）将生铁中过量的碳除去（4）延展【详解】（1）单质和化合物生成单质和化合物，属于置换反应，②反应属于置换反应，高炉炼铁主要反应是一氧化碳在高温条件下还原氧化铁生成铁和二氧化碳，即反应①，故选：②；①。（2）炼铁的固体原料需粉碎，粉碎的目的是增大反应物的接触面积，使反应更充分，故填：增大反应物的接触面积，使反应更充分。（3）碳和氧气反应生成二氧化碳，炼钢炉中，通入纯氧的目的是将生铁中过量的碳除去，故填：将生铁中过量的碳除去。（4）将钢锭轧成钢板，体现了金属铁的延展性，故填：延展。【变式2】人类文明进步与金属材料的发展关系密切，我们祖先很早就掌握了金属冶炼工艺。（1）组装如图装置进行实验，取用木炭粉和氧化铜粉末的仪器是；写出大试管中反应的化学方程式，此反应类型属于。（2）以下两组实验装置有所不同，但原料和反应原理相同。氧化铁粉末呈色，写出硬质玻璃管中发生反应的化学方程式。以下实验结论，你认为不正确的是（填写序号）。①玻璃管中固体物质减少的质量等于参加反应的氧化铁中氧元素的质量②根据澄清石灰水增加的质量，可以计算出一氧化碳消耗的质量③反应过程中铁元素在固体中的质量分数逐渐增大④装置中尾气处理的目的是防止一氧化碳污染空气【答案】（1）药匙2CuO+C2Cu+CO2↑置换反应（2）红棕②③【解析】（1）取用木炭粉和氧化铜粉末的仪器是药匙；在加热的条件下，氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳气体，其化学方程式为；该反应是由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物，属于置换反应；故答案为：药匙；；置换反应；（2）氧化铁粉末呈红棕色；在高温的条件下，氧化铁与一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，其化学方程式为；故答案为：红棕；；①由化学反应的原理可知，一氧化碳带走氧化铁中的氧元素，生成二氧化碳排出，所以玻璃管中固体物质减少的质量等于参加反应的氧化铁中氧元素的质量，说法正确；②因为该实验中，需要先通入一氧化碳，反应结束后还需要继续通入一氧化碳直到装置冷却，一氧化碳不与澄清石灰水反应，所以无法计算出消耗的一氧化碳的质量，说法错误；③因为在反应过程中，氧化铁被逐渐还原为铁，此过程中，铁元素的质量不变，而固体的质量逐渐减少直到完全反应，因此反应过程中铁元素在固体中的质量分数逐渐增大，直到完全反应后不再改变，说法错误；④一氧化碳是一种有毒气体，装置中尾气处理的目的是防止一氧化碳污染空气，说法正确。故选：②③。【变式3】氢基熔融冶金技术是利用氢作为还原剂代替碳还原剂，从而实现减少CO2排放的目的，实现低碳冶金。氢基熔融还原生产高纯铸造生铁的主要流程如下图所示（部分略去）。

（1）燃烧区的作用是，燃烧区发生燃烧反应的物质还有（填化学式）。（2）还原区的反应除3CO+Fe2O32Fe+3CO2，另一主要反应的化学方程式是。（3）从环境保护角度，与高炉炼铁技术相比，氢基熔融冶金技术的优点是。【答案】提供热量C减少CO2排放（或减缓温室效应或减少污染气体的排放等）【详解】（1）氢气燃烧和一氧化碳燃烧，都放出热量，故燃烧区的作用是提供热量；煤粉中含有碳，故燃烧区发生燃烧反应的物质还有C；（2）还原区，除了一氧化碳还原氧化铁，还有氢气和氧化铁在高温下反应生成铁和水，该反应的化学方程式为：；（3）与高炉炼铁技术相比，氢基熔融冶金技术，利用氢作为还原剂代替碳还原剂，可以减少二氧化碳的排放，减缓温室效应。【题型5混合物在化学计算中的处理方法】【例5】某工厂用海南石碌铁矿含杂质15%的铁矿石（主要成分是Fe2O3）炼铁，（反应的化学方程式3CO+Fe2O32Fe+3CO2）若日产生铁中含铁的质量为224t，则每天要消耗铁矿石多少t？（已知杂质中不含铁元素）【答案】设需消耗铁矿石的质量为x，x=376.47t答：每天要消耗铁矿石376.47t。【变式1】高铁钢轨的制造需要大量铁矿石炼铁。现有含Fe2O3为80%的磁铁矿石2900t，求理论上可炼制纯铁的质量为多少？【答案】方法一：解：设理论上可炼制纯铁的质量为x。答：理论上可炼制纯铁1680t。方法二：理论上可炼制纯铁的质量为【变式2】羰基铁粉在国防军工领域有重要应用，我国是少数几个掌握其生产技术的国家之一。制备羰基铁粉的过程如图所示。

（1）Fe（CO）5中碳、氧元素的质量比为。（2）反应1的化学方程式为。用100kg含铁96%的海绵铁，理论上可制备Fe（CO）5的质量是多少?（写出计算过程）（3）反应2的化学方程式为。196kgFe（CO）5分解生成基铁粉的质量随时间的变化如下图所示。在t1时,剩余kgFe（CO）5未分解；在时Fe（CO）5恰好完全分解。

（4）制备羰基铁粉过程中循环利用的物质是。【答案】（1）3:4（2）设理论上可制备Fe（CO）5的质量为x答：理论上可制备Fe（CO）5的质量是336kg。（3）98t3（4）CO/一氧化碳【详解】（1）Fe（CO）5中碳、氧元素的质量比=（12×5）:（16×5）=3:4。（2）见答案。（3）由图可知，t1时生成羰基铁粉的质量为28kg，设t1时，反应的Fe（CO）5质量为y则还未分解的Fe（CO）5质量为196kg-98kg=98kg。由图可知，在t3时，羰基铁粉质量不再增加，Fe（CO）5恰好完全分解。（4）由反应的化学方程式可知，CO既是反应物又是生成物，则制备羰基铁粉过程中循环利用的物质是CO。【题型6化工流程的问题分析】【例6】黄铜是铜锌合金，可用于制造钱币、机器零件等。利用黄铜制造各种物品的过程中，会产生大量的黄铜渣，主要含有Zn、Cu、ZnO、CuO。一种利用黄铜渣获取金属铜和硫酸锌溶液的实验流程如图所示。请回答下列问题。

（1）下列说法正确的是。（填字母序号）a．黄铜不能被腐蚀

b．黄铜的硬度比铜小

c．黄铜的熔点比锌低（2）“酸溶”过程中有气体生成，发生反应的化学方程式为。（3）“置换”过程中需要加入过量Zn的目的是。（4）为进一步提高原料利用率，得到更多的铜和硫酸锌溶液，需要对流程中的“滤渣”进行处理，向滤渣中缓慢加入（选填“稀硫酸”或“稀盐酸”）并不断搅拌，观察到时停止加入，过滤。（5）上述流程中，能判断锌的金属活动性比铜强的事实是。（任写一条）【答案】（1）c（2）（3）使硫酸铜完全反应（4）稀硫酸无气泡冒出（无气体产生）（5）“酸溶”过程中Zn能与稀H2SO4反应，而Cu不能反应或（“置换”过程中锌能置换出硫酸铜溶液中的铜）【详解】（1）a．黄铜比较耐腐蚀，但是能被腐蚀，不符合题意；b．合金的硬度比组成金属大，因此黄铜的硬度比铜大，不符合题意；c．合金熔点要比组成金属低，因此黄铜的熔点比锌低，符合题意。故选c；（2）“酸溶”过程中有气体生成，发生反应为锌和硫酸反应生成硫酸锌和氢气，该反应的化学方程式为：；（3）“酸溶”过程中锌和硫酸反应生成硫酸锌和氢气，氧化锌和硫酸反应生成硫酸锌和水，氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜和水，置换过程中加入过量锌，锌和硫酸铜反应生成硫酸锌和铜，故目的是：使硫酸铜完全反应；（4）滤渣中含反应生成的铜和过量的锌，要想得到铜和硫酸锌溶液，应加入稀硫酸，锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，可除去锌；锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，故观察到无气泡冒出时停止加入，过滤；（5）“酸溶”过程中Zn能与稀H2SO4反应，而Cu不能反应，说明在金属活动性顺序里，锌排在氢前，铜排在氢后，说明锌比铜活泼；或“置换”过程中锌能置换出硫酸铜溶液中的铜，说明锌比铜活泼。【变式1】如图是用粗硅（含不溶于水的CaCO3遇到稀盐酸后形成液体，但硅不溶于水和稀盐酸）制备高纯硅的一种简易流程：（1）粗硅属于（选填“纯净物”或“混合物”），SiCl4中硅的化合价为。（2）操作①的名称是，完成此操作需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、，该操作中玻璃棒的作用是。（3）反应②的化学方程式是。其基本反应类型是。（4）上述生产流程中，可以循环利用的物质是（填化学式）。【答案】（1）混合物+4（2）过滤漏斗引流（3）SiCl4+2H2==Si+4HCl置换反应（4）HCl【详解】（1）粗硅中含有硅和含不溶于水的CaCO3，是由不同种物质组成，属于混合物，SiCl4中氯元素化合价是-1，根据化合物中元素化合价代数和为零可知，Si元素的化合价为+4；（2）操作①能将固体与液体分离，其名称是过滤，完成此操作需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，该操作中玻璃棒的作用是引流，防止液体溅出；（3）反应②是氯化硅和氢气在高温条件下生成硅和氯化氢，符号表达式是SiCl4+2H2Si+4HCl，该反应是由一种单质和一种化合物反应生成一种单质和一种化合物的反应，属于置换反应；（4）上述生产流程中，HCl既是反应物，又是生成物，可循环利用。【变式2】华为公司作为我国高科技的代表，一直致力于芯片的研发。制造芯片需要用到高纯硅，工业上利用二氧化硅制备高纯硅的工艺流程如下图：（1）反应①中，焦炭表现了性。（2）该流程涉及的基本反应类型有种，标出反应②中SiCl4中“Si”的化合价。（3）写出反应③的化学方程式。（4）整个制备过程需要在无氧气的环境中进行，理由是。【答案】（1）还原（2）两（3）（4）防止氢气与氧气混合，高温时发生爆炸【详解】（1）反应①中焦炭和二氧化硅在高温下反应生成硅和一氧化碳，在该反应中，焦炭得到氧，属于还原剂，体现了还原性；（2）二氧化硅和焦炭在高温下反应生成硅和一氧化碳，该反应符合“一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物”的反应，属于置换反应；硅和氯气在高温下反应生成四氯化硅，该反应符合“多变一”的特点，属于化合反应；四氯化硅和氢气在高温下反应生成硅和氯化氢，该反应符合“一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物”的反应，属于置换反应。故该流程涉及的基本反应类型有2种；四氯化硅中氯元素显-1价，设硅元素的化合价为x，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：，x=+4，元素化合价的表示方法是在化学式该元素的上方用正负号和数字表示，正负号标在数字前面。表示为：；（3）反应③为四氯化硅和氢气在高温下反应生成硅和氯化氢，该反应的化学方程式为：；（4）该流程中氢气具有可燃性，混有一定量的氧气，高温下容易发生爆炸，故整个制备过程需要在无氧气的环境中进行，故填：防止氢气与氧气混合，高温时发生爆炸。【题型7金属中的科学探究】【例7】用如图所示装置进行实验：（1）丙装置作用。（2）如乙中澄清石灰水变浑浊，甲中发生反应的化学方程式为。（3）探究反应后甲中黑色固体成分。已知：Fe3O4不与CuSO4反应。猜想一：黑色固体成分为Fe；猜想二：黑色固体成分为Fe3O4；猜想三：。步骤一：加热/s通入CO/s样品9030A9090B18090C步骤二：向样品A、B、C中分别加入足量CuSO4溶液。样品现象结论A无明显现象正确B有红色固体析出，有少量黑色固体剩余正确C，无黑色固体剩余正确若通入CO时间为90s，要得到纯铁粉，则加热时间s。【答案】尾气处理，防止CO污染空气黑色固体成分为Fe、Fe3O4混合物猜想二猜想三有红色固体析出猜想一180【详解】（1）一氧化碳是有毒气体，且一氧化碳具有可燃性，一氧化碳与氧气在点燃条件下生成二氧化碳，丙装置作用尾气处理，防止CO污染空气；（2）乙中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，即一氧化碳在高温条件下与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，甲中发生反应的化学方程式为；（3）探究反应后甲中黑色固体成分：猜想一：黑色固体成分为Fe；猜想二：黑色固体成分为Fe3O4；猜想三：Fe、Fe3O4混合物铁与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁，铁表面有红色固体析出，Fe3O4不与CuSO4反应，样品A、B、C中分别加入足量CuSO4溶液；A、无明显现象，说明产物只有四氧化三铁，则猜想二正确；B、有红色固体析出，说明有铜生成，即铁和硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁，说明反应后黑色固体中有铁；有少量黑色固体剩余，黑色固体与足量硫酸铜溶液没有完全反应，说明黑色固体中有四氧化三铁，则猜想三正确；C、猜想二、三得证，只有猜想一，即黑色固体是铁，铁和足量的硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁，有红色固体析出，无黑色固体剩余，则猜想一正确；由步骤一、步骤二可知：若通入CO时间为90s，要得到纯铁粉，则加热时间为180s。【变式1】某小组采用图a所示实验装置探究CO还原Fe2O3时，出现了争论。甲同学观察到固体由红色变成黑色，推断黑色固体是Fe；乙同学提出质疑，认为黑色固体可能是Fe3O4，并查阅了资料：Fe3O4可被磁铁吸引，几乎不溶于稀的酸溶液。

（1）制备CO的原理是：（HCOOH在常温下为液态），图b所示三种气体发生装置中，可用于制备CO的是（填标号）。（2）若甲同学推断正确，反应的化学方程式为。（3）对乙同学提出的质疑进行分析和验证。①定量分析物质组成可知，该反应生成Fe3O4是合理的，理由是。②该小组通过对黑色固体进行检验，证明同时含有Fe3O4和Fe．检验的操作和现象是：取样于试管中，。（4）该小组为了探索CO还原Fe2O3与温度的关系，走访了某钢铁厂。工程师用SDTQ热分析仪对该反应进行研究，根据不同温度下所得固体的质量，推导对应的固体成分，结果如图。

用CO炼铁时，还原Fe2O3的温度应不低于℃。（填“400”“600”或“800”）②图中：x＝。③该小组查阅资料得知酒精灯加热温度为600℃左右，他们发现上述对黑色固体成分的检验结果与图像有矛盾，推测黑色固体在冷却过程中发生了以下反应：。【答案】（