第5章金屬與金屬礦物（復(fù)習(xí)學(xué)案2）-九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)復(fù)習(xí)學(xué)案（滬教版）

第5章金屬的冶煉與應(yīng)用復(fù)習(xí)學(xué)案2【復(fù)習(xí)目標(biāo)】1.金屬的腐蝕與防護(hù)：知道鐵腐蝕的原因；知道保護(hù)金屬避免銹蝕的措施；2.了解煉鐵和煉鋼的方法。【知識(shí)梳理】考點(diǎn)一鐵的冶煉1.常見的礦石：赤鐵礦:主要成分Fe2O3；磁鐵礦:主要成分Fe3O4；2.一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)：①原理：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2該反應(yīng)利用CO還原性（工業(yè)上可用有還原性的C、CO、H2冶煉金屬）②裝置：酒精噴燈的作用是提供高溫（如果用酒精燈，則加金屬網(wǎng)罩，金屬網(wǎng)罩可以集中火焰，提高溫度）澄清石灰水的作用：檢驗(yàn)生成的二氧化碳。③實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A處B處C處實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象紅棕色粉末逐漸變成黑色澄清石灰水變渾濁產(chǎn)生藍(lán)色火焰化學(xué)方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O2CO+O22CO2=4\*GB3④實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)開始，先通一氧化碳CO后加熱，目的是排盡裝置中的空氣，防止加熱不純的一氧化碳CO發(fā)生爆炸。反應(yīng)后，先停止加熱，待玻璃管內(nèi)物質(zhì)冷卻后再停止通CO，目的是防止生成的鐵被空氣中的氧氣氧化。（CO早出晚歸，酒精燈遲到早退）=5\*GB3⑤尾氣處理：尾氣含有一氧化碳CO，可用點(diǎn)燃方法處理，目的防止有毒的CO污染空氣。=6\*GB3⑥檢驗(yàn)生成固體是否有鐵的方法：a用磁鐵吸看是否被吸起；b加稀鹽酸（或稀硫酸）看是否有氣泡產(chǎn)生。3.工業(yè)煉鐵：原料是鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣，主要設(shè)備是高爐。通過(guò)高爐煉得的鐵為生鐵，仍含有少量雜質(zhì)。相關(guān)原理：①C+O2CO2②CO2+C2CO③Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（CO還原赤鐵礦）或Fe3O4+4CO3Fe+4CO2（CO還原磁鐵礦）考點(diǎn)二鋼鐵的銹蝕及其防護(hù)：實(shí)驗(yàn)方案鐵生銹條件的探究ABC現(xiàn)象分析結(jié)論試管A鐵釘生銹鐵與水、氧氣同時(shí)接觸鐵生銹的條件：鐵與水、氧氣同時(shí)接觸發(fā)生反應(yīng)試管B鐵釘無(wú)明顯變化鐵只與水接觸試管C鐵釘無(wú)明顯變化鐵只與氧氣接觸（注：鐵的純度，環(huán)境的溫度、濕度也是影響鐵生銹的因素，酸、氯化鈉溶液會(huì)加快鐵銹蝕）注：（1）蒸餾水煮沸并迅速冷卻的目的是除去水中溶解的氧氣；試管B中植物油的作用是隔絕氧氣；試管C中干燥劑具有吸水性，作用是吸收水分。（2）鐵生銹是緩慢氧化，鐵銹呈紅棕色，其主要成分是Fe2O3，結(jié)構(gòu)疏松，不能阻礙里面的鐵繼續(xù)氧化。（3）鋁比鐵活潑，卻比鐵耐腐蝕的原因：鋁常溫下與空氣中氧氣反應(yīng)，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜。2.防止鐵生銹的原理：隔絕空氣（或氧氣）和水3.常見的防銹措施：①保持鐵制品表面潔凈、干燥；②表面覆蓋一層保護(hù)膜：如刷油漆、涂油、燒制搪瓷、烤藍(lán)、鍍耐腐蝕的金屬如鉻等；③改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制成耐腐蝕的合金，如不銹鋼。4.保護(hù)金屬資源的途徑：①防止金屬的腐蝕；②回收利用廢舊金屬；③有計(jì)劃、合理的開采礦物，嚴(yán)禁亂采濫挖；=4\*GB3④尋找金屬的代用品；（金屬回收利用的意義：節(jié)約金屬資源和能源，減少環(huán)境的污染）【基礎(chǔ)鞏固】1．（2021·福建·中考）鋼鐵是應(yīng)用廣泛的金屬材料。(1)英國(guó)學(xué)者R·坦普爾論證了我國(guó)古代冶鐵技術(shù)世界第一。早在公元前4世紀(jì)，中國(guó)已廣泛利用鐵礦石與木炭生產(chǎn)生鐵，并加入“黑土”以降低生鐵的熔化溫度；公元前2世紀(jì)，中國(guó)人發(fā)明了“充氧”等煉鋼法。①“黑土”含有磷酸鐵(FePO4)，其中磷元素的化合價(jià)為______________。②生鐵生產(chǎn)過(guò)程中，一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________。③煉鋼中“充氧”的目的是降低生鐵中的______________，獲得性能更好的鋼。(2)對(duì)鋼鐵制品進(jìn)行“發(fā)藍(lán)”處理，使其表面生成一層致密的氧化膜，能有效防止鋼鐵銹蝕。①“發(fā)藍(lán)”過(guò)程發(fā)生了______________(填“物理變化”或“化學(xué)變化”)。②致密氧化膜能防止鋼鐵銹蝕的原因是______________?！敬鸢浮?/p>

+5

含碳量

化學(xué)變化

隔絕氧氣和水【詳解】（1）①磷酸鐵中鐵元素顯+3價(jià)，氧元素顯-2價(jià)，設(shè)磷元素的化合價(jià)為x，根據(jù)化合物中，正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為零，可得：（+3）+x+（-2）×4=0，x=+5；②一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；③碳能與氧氣在點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)生成二氧化碳，煉鋼中“充氧”的目的是降低生鐵中的含碳量，獲得性能更好的鋼；（2）①“發(fā)藍(lán)”過(guò)程有金屬氧化物生成，屬于化學(xué)變化；②鐵生銹的條件是鐵與氧氣和水接觸，致密氧化膜能防止鋼鐵銹蝕的原因是：隔絕氧氣和水。2．（2022·福建泉州·二模）金屬的銹蝕和防護(hù)是科研的重要課題。(1)三星堆遺址出土的銅器已銹蝕。①圖甲是銅在元素周期表中的信息，銅的相對(duì)原子質(zhì)量是________________。②圖乙是銅原子結(jié)構(gòu)示意圖，則x的值為________________。③用稀鹽酸除銅銹【主要成分為Cu2（OH）2CO3】，反應(yīng)生成氯化銅和兩種氧化物，其化學(xué)方程式為________________。(2)圖丙是用鋼絲棉驗(yàn)證鐵生銹條件的裝置。一段時(shí)間后，觀察到a處銹跡斑斑，b處無(wú)明顯現(xiàn)象，c處出現(xiàn)少量銹跡。①還可觀察到U形管左側(cè)液面________________（填“高于”或“低于”）右側(cè)。②為了避免在c處出現(xiàn)銹跡，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案是________________。(3)依據(jù)所學(xué)知識(shí)，提出防止金屬制品銹蝕的一種做法：________________。【答案】(1)

63.55

1

(2)

高于

將水煮沸(3)刷漆（合理即可）【解析】(1)①在元素周期表中，元素名稱下方的數(shù)字表示相對(duì)原子質(zhì)量，故銅的相對(duì)原子質(zhì)量為63.55；②在原子中，質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)，故29=2+8+18+x，x=1；③銅銹的主要成分是堿式碳酸銅，堿式碳酸銅和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化銅和兩種氧化物，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后，元素的種類不變，反應(yīng)物中含C、H元素，故生成的兩種氧化物為二氧化碳和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；(2)①a處鐵與氧氣和水接觸，生銹，b處鐵只與氧氣接觸，不生銹，a中鐵生銹消耗了氧氣，裝置內(nèi)氣體減少，壓強(qiáng)減小，故觀察到U形管左側(cè)液面高于右側(cè)；②水中含有溶解氧，故c處出現(xiàn)少量銹跡，氣體的溶解度隨溫度的升高而減小，故為了避免在c處出現(xiàn)銹跡，可將水煮沸，使氣體逸出；(3)金屬銹蝕，是金屬與空氣中的氧氣發(fā)生了緩慢氧化，故防止金屬制品銹蝕，可以隔絕氧氣，如刷漆、涂油等。3．（2021·福建福州）探秘中國(guó)古代冶煉技術(shù)。(1)熔礦結(jié)銀①采礦

礁砂的主要成分為硫化銀，可用于煉銀。礁砂屬于___________(填“純凈物”或“混合物”)。②冶煉

礁砂周圍堆架木炭，點(diǎn)燃后鼓風(fēng)至火候足夠，可熔化成鉛銀團(tuán)塊。鉛銀團(tuán)塊_____(填“屬于”或“不屬于”)合金?！岸鸭堋毙问娇墒鼓咎砍浞秩紵?，原因是__________________。③分銀

在分金爐中熔化團(tuán)塊，鉛熔化滲入爐灰中，銀則留在上層，說(shuō)明銀的熔點(diǎn)比鉛____(填“高”或“低”)。(2)煉鐵成鋼①冶鐵

將鐵礦石與煤炭進(jìn)行熔煉，流出的鐵水冷凝后即為生鐵。寫出磁鐵礦(主要含四氧化三鐵)與炭反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________。②煉鋼

將生鐵高溫下反復(fù)捶打可得到鋼，根據(jù)下表信息，分析煉鋼的主要原理是__________________。生鐵鋼含碳量%【答案】

混合物

屬于

增大可燃物與氧氣接觸面積

高

使生鐵中的碳與氧氣反應(yīng)，降低碳的含量

【詳解】(1)①礁砂的主要成分為硫化銀，說(shuō)明礁砂是由多種物質(zhì)組成的混合物；②鉛銀團(tuán)塊屬于鉛銀合金；“堆架”形式可使木炭充分燃燒，原因是增大可燃物與氧氣接觸面積；③鉛熔化滲入爐灰中，銀則留在上層，此時(shí)鉛融化，銀未融化，說(shuō)明銀的熔點(diǎn)比鉛高；(2)①磁鐵礦(主要含四氧化三鐵)與炭在高溫下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式：；②由表格可知生鐵和鋼的區(qū)別在于含碳量的不同，因此煉鋼的主要原理是使生鐵中的碳與氧氣反應(yīng)，降低碳的含量；4．金屬在生活生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。(1)耐候鋼因有一層致密的FeOOH，耐大氣腐蝕性能為普通碳素鋼的2-5倍，常用于集裝箱、橋梁、塔架。FeOOH中鐵元素化合價(jià)是______。(2)內(nèi)類變質(zhì)過(guò)程中其酸性會(huì)逐漸減弱。我國(guó)研究員在自潔性金屬餐具研究取得進(jìn)展。如圖是相同溫度下在304不銹鋼和304-Cu不銹鋼餐盤中冷鮮肉pH變化，保鮮效果更好的是______（選填“304”或“304-Cu”）不銹鋼餐盤。(3)小明將一把嶄新鐵質(zhì)小刀伸入硫酸銅溶液中，取出后發(fā)現(xiàn)刀片表面變紅，請(qǐng)用簡(jiǎn)單方法證明刀片上紅色物質(zhì)是銅而不是鐵銹，你的實(shí)驗(yàn)方法是______。（寫出操作、現(xiàn)象、結(jié)論）(4)①小明用如圖裝置模擬煉鐵，該裝置存在的隱患是______。請(qǐng)寫出裝置A中玻璃管內(nèi)反應(yīng)化學(xué)方程式__________________________________。②工業(yè)煉鐵獲得1500℃以上的鐵水，在澆灌鑄造前會(huì)保存在高溫爐中（起保溫杯作用），并在鐵水上加蓋一層覆蓋劑，覆蓋劑可以起到保溫和______的作用?！敬鸢浮?1)+3##正三價(jià)(2)304-Cu(3)將紅色物質(zhì)分別放入稀鹽酸中，若溶解，則是氧化鐵，若固體不溶，則是銅(4)

缺少尾氣處理裝置

防銹【解析】（1）FeOOH中氫元素的化合價(jià)為+1價(jià)，氧元素的化合價(jià)為-2價(jià)，根據(jù)化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，設(shè)鐵元素的化合價(jià)為x，則有：x+(-2)×2+1=0，F(xiàn)eOOH中鐵元素化合價(jià)是x=+3價(jià)；（2）根據(jù)圖示分析，隨著時(shí)間的增加，304不銹鋼不銹鋼餐盤中冷鮮肉pH酸性不斷減弱，說(shuō)明其在不斷變質(zhì)，304-Cu不銹鋼餐盤中冷鮮肉pH基本保持不變，保鮮效果更好的是304-Cu不銹鋼餐盤；（3）銅不和稀鹽酸反應(yīng)，氧化鐵可以和鹽酸反應(yīng)，操作步驟：將紅色物質(zhì)分別放入稀鹽酸中，若溶解，則是氧化鐵，若固體不溶，則是銅；（4）①小明用如圖裝置模擬煉鐵，實(shí)驗(yàn)通入的一氧化碳有毒，會(huì)污染空氣，該裝置存在的隱患是沒(méi)有尾氣處理裝置，A中玻璃管內(nèi)是一氧化碳和氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；②工業(yè)煉鐵獲得1500℃以上的鐵水，在澆灌鑄造前會(huì)保存在高溫爐中（起保溫杯作用），并在鐵水上加蓋一層覆蓋劑，覆蓋劑可以隔絕鐵水和空氣中的氧氣和水發(fā)生反應(yīng)，可以起到保溫和防銹的作用。5．被國(guó)外友人稱作“新四大發(fā)明之一”的高鐵，大方便人們的出行。(1)圖中標(biāo)示的物質(zhì)中為金屬材料的是_____(填序號(hào))，動(dòng)車電路中的導(dǎo)線大多選用銅制造的，這是利用了銅的延展性和_____性。(2)動(dòng)車表面噴漆主要是為了防止外殼生銹，其原理是_________。(3)修建鐵路所需的大量鋼鐵是以鐵礦石為主要原料冶煉而得。寫出一氧化碳和赤鐵礦煉鐵的化學(xué)方程式：____________________________。(4)高鐵酸鈉(Na2FeO4)是高鐵列車上常用的一種“綠色環(huán)保高效”消毒劑，其中高鐵酸鈉中鐵元素化合價(jià)為__________。【答案】

①

導(dǎo)電

使鐵與空氣和水隔絕

3CO+Fe2O32Fe+3CO2

+6【詳解】本題考查了金屬材料及其應(yīng)用，金屬的物理性質(zhì)及用途，鐵的冶煉，金屬銹蝕的條件及其防護(hù)；有關(guān)元素化合價(jià)的計(jì)算。（1）鋼軌是由金屬材料制成的，故選①；動(dòng)車電路中的導(dǎo)線大多是用銅制的，這是利用了銅的延展性和導(dǎo)電性；（2）鐵在空氣中銹蝕，實(shí)際上是鐵跟空氣中的氧氣和水共同作用的結(jié)果，動(dòng)車表面噴漆主要是為了防止外殼生銹，其原理是使鐵與空氣和水隔絕；（3）用赤鐵礦（主要成分為Fe2O3）和一氧化碳煉鐵，主要是利用CO的還原性，在高溫下和氧化鐵反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；（4）在Na2FeO4中，Na元素的化合價(jià)為+1價(jià)，O元素的化合價(jià)為-2價(jià)，設(shè)：該化合物中Fe元素的化合價(jià)為x，由化學(xué)式和化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，則（+1）×2+x+（-2）×4=0，解得x=+6。6．（2022·福建廈門）某興趣小組開展“鐵的氧化反應(yīng)”相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。【探究1】探究鐵絲燃燒與氧氣濃度的關(guān)系。在其他條件相同的情況下，取0.38mm粗的鐵絲，分別在體積分?jǐn)?shù)為90%、70%、65%、60%、55%的氧氣中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。V（O2）%實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象90%燃燒劇烈，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，效果好70%燃燒比90%的弱，燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)成功65%燃燒比70%的弱，燃燒時(shí)間比70%的短，實(shí)驗(yàn)成功60%燃燒比65%的弱，燃燒時(shí)間更短，實(shí)驗(yàn)成功55%難以燃燒，只是發(fā)紅(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)要在瓶底留少量的水，目的是______。(2)欲用排水法收集一定體積分?jǐn)?shù)的氧氣。若集氣瓶容積為250mL，收集前集氣瓶中留有125mL水（其余為空氣），蓋上玻璃片后倒立于水槽中，排完集氣瓶中的水后，收集的氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是______（氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)以20%進(jìn)行近似計(jì)算；收集后集氣瓶中殘留的少量水體積忽略不計(jì)）。(3)結(jié)合本探究，可得出鐵絲燃燒劇烈程度與氧氣濃度的關(guān)系是______，對(duì)燃燒條件的新認(rèn)識(shí)是______?！咎骄?】探究鐵制品銹蝕的影響因素。已知鐵制品通常含碳約2%。按圖1所示裝置，在廣口瓶①、②、③中加入藥品，采集數(shù)據(jù)，氧氣的體積分?jǐn)?shù)變化如圖2。(4)鐵制品銹蝕是緩慢氧化的過(guò)程，是鐵與氧氣、水共同作用的結(jié)果。請(qǐng)結(jié)合圖2，說(shuō)明其依據(jù)：______。(5)實(shí)驗(yàn)開始至約300s內(nèi)，對(duì)比廣口瓶②，③中氧氣體積分?jǐn)?shù)的變化，可以得出的結(jié)論是______。(6)實(shí)驗(yàn)前需將鐵粉、活性炭粉及食鹽混合均勻并密封分裝，密封的目的是______。(7)欲探究純鐵粉與含少量碳的鐵粉的銹蝕快慢，現(xiàn)用廣口瓶④、⑤連接以上數(shù)據(jù)采集器，在其他條件相同的情況下完成實(shí)驗(yàn)，則在兩個(gè)廣口瓶中應(yīng)分別裝入的藥品及用量：廣口瓶④______；廣口瓶⑤______?！敬鸢浮?1)為了防止燃燒時(shí)生成的熔融物濺落使瓶底炸裂(2)10%(3)

氧氣濃度越高，鐵絲燃燒越劇烈

氧氣沒(méi)有達(dá)到一定濃度，物質(zhì)也不能燃燒(4)氧氣的體積分?jǐn)?shù)越低，表示耗氧量越高，在有水的條件下的耗氧量高于無(wú)水條件下(5)加入食鹽水后的耗氧量增加(6)防止與空氣中的水和氧氣接觸，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果【解析】（1）鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)要在瓶底留少量的水，是為了防止燃燒時(shí)生成的熔融物濺落使瓶底炸裂；（2）集氣瓶中空氣的體積為：250mL-125mL=125mL，空氣的氧氣的體積為：125mL×20%=25mL，收集的氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為：；（3）結(jié)合本探究，可得出氧氣濃度越高，鐵絲燃燒越劇烈；當(dāng)氧氣含量為55%時(shí)，鐵絲難以燃燒，只是發(fā)紅可得出當(dāng)氧氣沒(méi)有達(dá)到一定濃度，物質(zhì)也不能燃燒；（4）根據(jù)圖2可知，氧氣的體積分?jǐn)?shù)越低，表示耗氧量越高，在有水的條件下的耗氧量高于無(wú)水條件下，所以可以得出鐵銹蝕是氧氣和水共同作用的結(jié)果；（5）廣口瓶②中加入水，③中加入食鹽水，實(shí)驗(yàn)開始至約300s內(nèi)，可以得出的結(jié)論是加入食鹽水后的耗氧量增加；（6）實(shí)驗(yàn)前需將鐵粉、活性炭粉及食鹽混合均勻并密封分裝，密封的目的是防止與空氣中的水和氧氣接觸，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；（7）欲探究純鐵粉與含少量碳的鐵粉的銹蝕快慢，現(xiàn)用廣口瓶④、⑤連接以上數(shù)據(jù)采集器，在其他條件相同的情況下完成實(shí)驗(yàn)，要控制鐵粉和碳粉的質(zhì)量不同，廣口瓶④放5g鐵粉，水10滴；廣口瓶⑤放5g鐵粉，水10滴，0.1g碳粉?！就卣固嵘?．（2018·福建廈門節(jié)選·）某研究小組對(duì)鐵制品銹蝕后鐵銹的成分相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探究：若鐵銹成分為FexOy·nH2O,用下圖所示裝置(夾持儀器已省略)進(jìn)行實(shí)