专题5.2 金属矿物 铁的冶炼（沪教全国）（学生）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【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）【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【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【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【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【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【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）。【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。【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。【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）。【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。【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。【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。【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【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。【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）【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？【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。【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）【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）。【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。【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。【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