金屬礦物鐵的冶煉

常見的金屬礦物金屬元素在自然界一般以礦物的形式存在。鐵的礦物主要有赤鐵礦（主要成分：

）、磁鐵礦（主要成分：

）和黃鐵礦等，銅的礦物有黃銅礦、輝銅礦和孔雀石等。Fe2O3Fe3O4

高爐煉鐵的生產(chǎn)流程1.原料：

、

、

和空氣。2.主要原理：在高溫下，利用爐內(nèi)反應(yīng)生成的CO作為還原劑，將鐵從氧化物中還原出來。如利用赤鐵礦煉鐵的反應(yīng)原理（化學(xué)方程式）：

。3.焦炭的作用：燃燒產(chǎn)生熱量，提供反應(yīng)條件；與二氧化碳反應(yīng)制造一氧化碳。4.石灰石的作用：將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐渣。赤鐵礦石焦炭石灰石

實(shí)驗(yàn)室模擬高爐煉鐵1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①玻璃管中

色粉末逐漸變成

色粉末；②澄清石灰水變

。2.注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)前先

（填“通CO”或“點(diǎn)燃A處酒精噴燈”），實(shí)驗(yàn)結(jié)束后先

（填“停止通CO”或“熄滅A處酒精噴燈”）；C處酒精燈的作用是

。紅棕黑渾濁通CO熄滅A處酒精噴燈處理尾氣歸納

實(shí)驗(yàn)室模擬高爐煉鐵時(shí)一氧化碳“早出晚歸”，酒精噴燈“遲到早退”。提醒工業(yè)煉鐵得到的是含有雜質(zhì)的生鐵，實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵得到的是純凈的鐵粉。

礦石種類1.（2025·常州一模）下列礦石適宜用來冶煉生鐵的是（）。A.黃銅礦

B.孔雀石

C.鋁土礦

D.赤鐵礦D

工業(yè)煉鐵的工藝流程2.（2025·徐州沛縣一模）鋼鐵是使用最多的金屬材料。生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵合金，其中生鐵的含碳量為2％～4.3％，鋼的含碳量為0.03％～2％。工業(yè)上冶煉鋼鐵的主要工藝流程如下：（1）從原料角度：煉鐵時(shí)焦炭的作用除了維持爐溫還用于

，煉鋼過程中氧氣的作用是

。生成一氧化碳減少生鐵中的含碳量[解析]煉鐵時(shí)需要高溫，焦炭與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，同時(shí)放出大量熱，可供給煉鐵使用；煉鐵時(shí)還需一氧化碳作還原劑，二氧化碳與過量焦炭反應(yīng)生成一氧化碳，故煉鐵時(shí)焦炭的作用除了維持爐溫還用于生成一氧化碳；高爐煉鐵得到的是含碳量較高的生鐵，為將生鐵煉成鋼通常會(huì)往熔化的生鐵水中吹入純凈的氧氣，氧氣與碳反應(yīng)可以減少生鐵中的含碳量。（2）從反應(yīng)原理角度：若使用赤鐵礦煉鐵，則高爐中產(chǎn)生鐵的化學(xué)方程式是_______

。Fe2O3

（3）從產(chǎn)品角度：①煉鐵過程產(chǎn)生的高爐氣中含量最高的氣體為

（填名稱）。氮?dú)鈁解析]空氣中含量最高的是氮?dú)猓s占空氣體積的78％），氮?dú)獠粎⑴c反應(yīng)，所以煉鐵過程產(chǎn)生的高爐氣中含量最高的氣體為氮?dú)?；②為了檢測最終冶煉出來的鋼是否達(dá)標(biāo)，煉鐵廠取40g產(chǎn)品，將一定濃度的稀硫酸400g分4次加入樣品中，充分反應(yīng)后測得剩余固體質(zhì)量，請根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)回答下列問題：a.該樣品中鐵含量為

，

（填“符合”或“不符合”）鋼的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)序號(hào)第1次第2次第3次第4次加入稀硫酸質(zhì)量/g100100100100剩余固體質(zhì)量/g28.817.66.40.4

99％

符合

b.計(jì)算所用稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（寫出計(jì)算過程）實(shí)驗(yàn)序號(hào)第1次第2次第3次第4次加入稀硫酸質(zhì)量/g100100100100剩余固體質(zhì)量/g28.817.66.40.4c.加入第4次稀硫酸，充分反應(yīng)后，剩余溶液中的陽離子有

。實(shí)驗(yàn)序號(hào)第1次第2次第3次第4次加入稀硫酸質(zhì)量/g100100100100剩余固體質(zhì)量/g28.817.66.40.4

Fe2＋和H＋[解析]

第1次加入100g稀硫酸，參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量為40g－28.8g＝11.2g；第2次加入100g稀硫酸，參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量為28.8g－17.6g＝11.2g；第3次加入100g稀硫酸，參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量為17.6g－6.4g＝11.2g，說明11.2g鐵能與100g稀硫酸恰好完全反應(yīng)，第4次加入100g稀硫酸，參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量為6.4g－0.4g＝6g＜11.2g，說明40g產(chǎn)品中鐵已經(jīng)完全反應(yīng)，且第4次加入的100g稀硫酸沒有反應(yīng)完全，故加入第4次稀硫酸，充分反應(yīng)后剩余溶液中的溶質(zhì)有生成的硫酸亞鐵和過量的硫酸，剩余溶液中的陽離子有Fe2＋和H＋。

實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵3.（2025·宿遷泗陽一模）我國有著悠久的金屬冶煉史。實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵和模擬煉銅實(shí)驗(yàn)如下：【模擬煉鐵】（1）硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵實(shí)驗(yàn)室模擬煉銅

（2）實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)先通入一段時(shí)間的CO，然后再點(diǎn)燃酒精噴燈，其目的是______

。實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸[解析]一氧化碳具有可燃性，一氧化碳不純時(shí)點(diǎn)燃或加熱可能會(huì)發(fā)生爆炸，所以實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，先通入CO，排盡裝置中的空氣，再點(diǎn)燃酒精噴燈；（3）若將B裝置改成虛線框C裝置，能起到的作用是①收集多余的CO；②檢驗(yàn)并吸收反應(yīng)生成的CO2，上述說法中正確的是

。實(shí)驗(yàn)室模擬煉鐵①②[解析]由裝置的特點(diǎn)可知，C裝置除了能檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)物外，還能收集尾氣，上述說法中正確的是①②；【模擬煉銅】（4）小明查閱了大量的資料后，建議用超細(xì)炭粉與氧化銅粉末混合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他的理由是

。實(shí)驗(yàn)室模擬煉銅增大反應(yīng)物間的接觸面積，使反應(yīng)更快更充分[解析]用超細(xì)炭粉與氧化銅粉末混合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能增大反應(yīng)物間的接觸面積，使反應(yīng)更快更充分；（5）同學(xué)們按圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小紅認(rèn)為當(dāng)看到澄清石灰水剛剛出現(xiàn)渾濁時(shí)，不能確定氧化銅和炭粉已經(jīng)開始反應(yīng)，原因是______________________________________

_______________________________________

。實(shí)驗(yàn)室模擬煉銅

加熱時(shí)裝置內(nèi)的空氣受熱膨脹，排出的空氣中含有二氧化碳，也會(huì)使澄清石灰水變渾濁[解析]加熱時(shí)裝置內(nèi)的空氣受熱膨脹，排出的空氣中含有二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，當(dāng)看到澄清石灰水剛剛出現(xiàn)渾濁時(shí)不能確定氧化銅和炭粉已經(jīng)開始反應(yīng)；（6）用圖2裝置與使用圖1裝置相比，其優(yōu)點(diǎn)是

（寫出1條即可）。實(shí)驗(yàn)室模擬煉銅操作更簡單（或節(jié)約試劑等）[解析]圖2裝置與圖1裝置相比，優(yōu)點(diǎn)是操作更簡單，圖2裝置中長柄V形玻璃管相對圖1裝置更簡單，不需要復(fù)雜的連接等操作；還可以節(jié)約試劑，因?yàn)槠溲b置相對封閉等，能減少試劑的浪費(fèi)等。

其他金屬的冶煉4.（2025·鎮(zhèn)江科技新城模擬）利用如圖實(shí)驗(yàn)裝置，開展氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)。下列說法不正確的是（）。A.氧化鈣與氫氧化鈉的作用是獲得純凈的氫氣B.C中發(fā)生的是置換反應(yīng)C.先點(diǎn)燃酒精燈，再向錐形瓶中加入稀鹽酸D.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，試管中固體全部變?yōu)榧t色，加入適量稀硫酸，若得到藍(lán)色溶液，則紅色固體不全部為銅C1.（2025·蘇州工業(yè)園區(qū)二模）“氫冶金”技術(shù)有助于鋼鐵行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型，其主要生產(chǎn)流程如下。下列說法不正確的是（）。A.“氫冶金”技術(shù)最大特點(diǎn)是節(jié)能環(huán)保B.電解池中得到的氫氣和氧氣的體積比為1∶2C.氫氣和鐵礦石反應(yīng)時(shí)有單質(zhì)鐵生成D.和高爐煉鐵相比，“氫冶金”獲得鐵水純度高B2.（2025·無錫新吳區(qū)一模）某化學(xué)興趣小組利用圖2所示裝置（鐵架臺(tái)已省略）進(jìn)行還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)。（1）制取二氧化碳：在實(shí)驗(yàn)室利用圖1裝置制取CO2的化學(xué)方程式是

；反應(yīng)未停止前關(guān)閉止水夾，可觀察到的現(xiàn)象是

。圖1圖2

長頸漏斗內(nèi)液面上升（2）還原氧化鐵：檢查圖2裝置的氣密性后打開兩側(cè)止水夾，將注射器1中的CO2緩緩?fù)迫胫脸吻迨宜儨啙幔魂P(guān)閉兩側(cè)止水夾，用噴火槍依次加熱木炭和氧化鐵。①實(shí)驗(yàn)過程中，需要交替推拉注射器2和3，其作用是收集尾氣和__________________

。②實(shí)驗(yàn)過程中，還原氧化鐵的化學(xué)方程式是

。使反應(yīng)物充分接觸，使其充分反應(yīng)（合理即可）

圖23.（2025·常州溧陽模擬）從古至今，煉鐵是非常重要的工藝。（1）《三省邊防備覽》中記載了古法煉鐵：“鐵爐高一丈七八尺，中空，上有洞放煙，下層放炭，中安礦石。礦石幾百斤，用炭若干斤，皆有分兩，不可增減。旁用風(fēng)箱，十余人輪流曳之，日夜不斷火。爐底有橋，礦渣分出，礦之化為鐵者，流出成鐵板。”①資料中能日夜不斷火，原理是

（用化學(xué)方程式表示）。②“旁用風(fēng)箱，十余人輪流曳之”，用風(fēng)箱不斷鼓風(fēng)的目的是

。③“流出成鐵板”中“鐵板”屬于

（填“純凈物”或“混合物”）。

提供充足的氧氣，使碳充分燃燒混合物（2）利用含鐵量低的磁鐵礦冶煉生鐵的流程如圖。①白云石的主要成分是CaMg（CO3）2，熔劑中一定含有兩種金屬氧化物，這兩種金屬氧化物中金屬元素的化合價(jià)都為

。＋2[解析]根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，化學(xué)反應(yīng)前后，元素的種類不變，反應(yīng)物中含鈣、鎂、碳、氧元素，生成物中也應(yīng)含鈣、鎂、碳、氧元素，鈣元素和鎂元素屬于金屬元素，故含有的兩種金屬氧化物為CaO、MgO，其中氧元素顯－2價(jià)，則CaO、MgO中金屬元素的化合價(jià)都為＋2；②“高溫?zé)Y(jié)”是將礦石燒成多孔結(jié)構(gòu)，其目的是______________________________

。增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)更快更充分[解析]

“高溫?zé)Y(jié)”是將礦石燒成多孔結(jié)構(gòu)，其目的是增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)更快更充分；③以上流程中回收煤氣可用作

，流程中還可以回收

循環(huán)利用。燃料爐塵[解析]煤氣主要成分是一氧化碳，一氧化碳具有可燃性，故回收煤氣可用作燃料；高爐煉鐵的爐塵中含鐵礦粉、焦炭粉等，可循環(huán)利用；④用1000t含46.4％四氧化三鐵的磁鐵礦煉得的鐵，相當(dāng)于

t含雜質(zhì)20％的赤鐵礦（主要成分為氧化鐵）煉得的鐵。600

4.（2025·徐州一模）《天工開物》中記載的“炒鋼法”是現(xiàn)代冶鐵工藝的前身，主要生產(chǎn)過程如圖所示：（1）“搗碎”的目的是

。增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)更快更充分（2）“熔煉”時(shí)，加入煤的作用除了提供熱量，還有

的作用。提供還原劑一氧化碳（3）加入潮泥灰并且不斷攪拌，主要目的是

。

降低生鐵中的含碳量（合理即可）（4）現(xiàn)代工業(yè)上用赤鐵礦煉鐵的主要原理是

（用化學(xué)方程式表示）。

強(qiáng)化練習(xí)1.（2025·常州金壇區(qū)三模）如圖為鐵的冶煉和鐵制品循環(huán)利用的示意圖，下列說法錯(cuò)誤的是（）。A.廢舊金屬鐵循環(huán)利用可節(jié)約資源，減少環(huán)境污染B.生鐵的熔點(diǎn)比純鐵高C.生鐵是由鐵和碳等元素組成的合金D.冶鐵的主要原理是在高溫下用還原劑從鐵礦石里把鐵還原出來B2.（2025·泰州靖江二模）小組模擬工業(yè)煉鐵進(jìn)行CO還原Fe2O3實(shí)驗(yàn)，測得固體成分及質(zhì)量隨溫度變化如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是（）。A.低于500℃時(shí)，CO和Fe2O3沒有發(fā)生反應(yīng)B.x的值為15.2C.圖中M對應(yīng)的固體是Fe2O3和Fe3O4D.850℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO＋FeO

Fe＋CO2B

3.（2025·蘇州立達(dá)中學(xué)一模）利用甲酸（HCOOH）與濃硫酸制備CO，并用如圖實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證CO的有關(guān)性質(zhì)。下列說法不正確的是（）。已知：HCOOH

CO↑＋H2OA.操作時(shí)，先點(diǎn)燃裝置乙處酒精燈，再滴加HCOOHB.裝置丙的作用是防止澄清石灰水倒吸進(jìn)入裝置乙中C.裝置丁既可檢驗(yàn)CO2又可收集COD.隨著反應(yīng)進(jìn)行，濃硫酸濃度降低，產(chǎn)生CO氣體速率減小A知識(shí)拓展：CO與CO2的化學(xué)性質(zhì)的區(qū)別化學(xué)性質(zhì)CO（一氧化碳）CO2（二氧化碳）可燃性具有可燃性，燃燒生成CO2不可燃，也不支持一般可燃物燃燒（鎂等活潑金屬除外）還原性具有還原性，能還原CuO

等金屬氧化物沒有還原性，通常表現(xiàn)為氧化性（如與碳高溫反應(yīng)）與水反應(yīng)不與水反應(yīng)能與水反應(yīng)生成碳酸與澄清石灰水反應(yīng)不與澄清石灰水反應(yīng)能與澄清石灰水反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀毒性有毒（與血紅蛋白結(jié)合，使其失去攜氧能力）無毒（但含量過高會(huì)使人窒息）4.（2025·宿遷宿豫區(qū)三模）金屬材料應(yīng)用廣泛，以下是有關(guān)金屬的工藝及利用。（1）實(shí)驗(yàn)：如圖，用W形玻璃管進(jìn)行模擬工業(yè)煉鐵的實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是

（填字母）。A.要先通一氧化碳后預(yù)熱玻璃管B.a處黑色粉末變?yōu)榧t色C.a處發(fā)生的是置換反應(yīng)D.尾氣可用燃著的酒精燈將其點(diǎn)燃或用氣球收集起來AD（2）沖壓：操作中常對板材進(jìn)行拉伸，這主要體現(xiàn)了金屬材料的

性。（3）酸洗：用鹽酸對鐵制品進(jìn)行除銹時(shí)觀察到溶液變黃，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

。延展

5.（2025·徐州樹人中學(xué)一模）五行說是中國古代智慧的結(jié)晶，通過象征性元素揭示萬物的關(guān)聯(lián)與變化規(guī)律，蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)知識(shí)。金：（1）鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，化學(xué)興趣小組同學(xué)探究鐵生銹的條件，進(jìn)行①②③實(shí)驗(yàn)（如圖1），通過對比實(shí)驗(yàn)

可知鐵生銹需要水。①②木：（2）尿素是農(nóng)業(yè)上常用的氮肥，工業(yè)上可以由氨氣和二氧化碳在一定條件下反應(yīng)制得，同時(shí)還產(chǎn)生另外一種氧化物，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________

。水：（3）家庭凈水器中加入的

可以吸附水中的顏色和異味?；穑海?）《三國志》記載：“揚(yáng)湯止沸，不如去薪”?！靶健敝覆瘛⒉莸热剂?，“去薪”滅火的原理是

。2NH3＋CO2CO（NH2）2＋H2O活性炭清除可燃物土：工業(yè)上常使用鐵礦石、焦炭、石灰石等物質(zhì)為原料冶煉鋼鐵，主要工藝流程如圖2。（5）原料中焦炭的作用除了維持爐溫還用于

，煉鋼過程中氧氣的作用是

。煉鐵過程產(chǎn)生的高爐氣中含量最高的氣體為

。產(chǎn)生還原劑CO與生鐵中碳等雜質(zhì)反應(yīng)，降低碳含量氮?dú)饣騈26.（2025·鎮(zhèn)江經(jīng)開區(qū)二模）鐵及其化合物在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。一、鐵的有關(guān)知識(shí)《天工開物》中展示了我國古代煉鐵場景，如圖。（1）“或用木炭，……扇爐風(fēng)箱，……土（赤鐵礦）化成鐵……”描述了古代煉鐵的方法。木炭的作用是產(chǎn)生CO和

。提供高溫[解析]煉鐵過程中，木炭燃燒生成二氧化碳，放出大量的熱，二氧化碳能與碳在高溫下反應(yīng)生成一氧化碳，故木炭的作用是產(chǎn)生CO和提供高溫；（2）古代用赤鐵礦煉鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

（3）圖中從泥爐中流淌出的“鐵水”，相當(dāng)于現(xiàn)代的

（填“純鐵”或“生鐵”）。生鐵[解析]圖中從泥爐中流淌出的“鐵水”是鐵碳合金，相當(dāng)于現(xiàn)代的生鐵；（4）用棍棒猛攪流入方塘中的“鐵水”形成“熟鐵”，過程中減少“鐵水”中

元素的含量。碳或C[解析]圖中從泥爐中流淌出的“鐵水”是鐵碳合金，相當(dāng)于現(xiàn)代的生鐵；[解析]用棍棒猛攪流入方塘中的“鐵水”形成“熟鐵”，可使碳反應(yīng)生成二氧化碳，過程中可減少“鐵水”中碳元素的含量；（5）“燒鐵器淬膽礬溶液（硫酸銅溶液）中，即成銅色也”，其中蘊(yùn)含反應(yīng)的化學(xué)方程式是

。

（6）所加稀鹽酸不能過量太多的原因：①節(jié)約稀鹽酸；②_______________________

。避免“沉淀”時(shí)消耗過多氨水（節(jié)約氨水）[解析]沉淀過程中，需要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，故所加稀鹽酸不能過量太多的原因還有避免“沉淀”時(shí)消耗過多氨水；（7）“溶解”時(shí)，實(shí)際投放的m（FeCl2·4H2O）遠(yuǎn)大于理論值，是因?yàn)樗峄腇eCl2溶液在空氣中易被氧化成FeCl3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________

。

4FeCl3＋2H2O

（8）“沉淀”時(shí)需控制溶液的pH與反應(yīng)的溫度。①“沉淀”時(shí)需要控制溫度為50℃，目的是

。防止溫度高于50℃，氨水揮發(fā)[解析]氨水受熱易揮發(fā)，“沉淀”時(shí)需要控制溫度為50℃，目的是防止溫度高于50℃，氨水揮發(fā)；②證明“沉淀”已反應(yīng)完全的實(shí)驗(yàn)方案是______________________________________

。靜置，向上層清液中繼續(xù)滴加氨水，無沉淀（無現(xiàn)象），則已反應(yīng)完全[解析]

“沉淀”過程中加入氨水，氨水和氯化鐵、氯化亞鐵反應(yīng)生成四氧化三鐵沉淀，故證明“沉淀”已反應(yīng)完全的實(shí)驗(yàn)方案是靜置，向上層清液中繼續(xù)滴加氨水，無沉淀（無現(xiàn)象），則已反應(yīng)完全；（9）制得的Fe3O4樣品中混有少量FeOOH，為了測定Fe3O4的純度，取20.00g樣品，進(jìn)行控溫加熱。該溫度下，F(xiàn)eOOH分解成Fe2O3，而Fe3O4不發(fā)生反應(yīng)。充分加熱后，所得固體的質(zhì)量為19.82g，則該樣品中Fe3O4的純度是

。91.1％[解析]取20.00g樣品，進(jìn)行控溫加熱。該溫度下，F(xiàn)eOOH分解成Fe2O3，而Fe3O4不發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，反應(yīng)物中含F(xiàn)e、O、H，生成物中含F(xiàn)e、O，故生成物中還應(yīng)含H，故還應(yīng)生成了水，則FeOOH受熱分解生成氧化鐵和水。根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變，則固體減少的質(zhì)量為反應(yīng)生成水的質(zhì)量，則生成水的質(zhì)量為20.00g－19.82g＝0.18g。

三、含鐵催化劑失效的再生（10）Fe3O4是合成氨催化劑的主要成分。合成氨催化過程中因部分Fe3O4與H2反應(yīng)使催化劑“失效”。在一定溫度下可用O2將其