煉鐵和煉鋼基礎(chǔ)知識(shí)

煉鐵和煉鋼鐵礦石的成分和種類鐵礦石脈石和硫磷雜質(zhì)鐵化合物Fe3O4(磁鐵礦石)Fe2O3(赤鐵礦石)2Fe2O3·3H2O(褐鐵礦石)FeCO3(菱鐵礦石)在中學(xué)課本中脈石一般指的是二氧化硅（石英）一煉鐵：鐵礦石（化合態(tài)）→鐵單質(zhì)（游離態(tài)）（1）基本反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。（3）設(shè)備：高爐（2）原料：鐵礦石，焦炭，石灰石，空氣

（4）煉鐵的主要反應(yīng)過程：3CO+Fe2O32Fe+3CO2高溫（5）煉鐵產(chǎn)品：生鐵(6)煉鐵和環(huán)保節(jié)能高爐煤氣：CO、CO2、N2煉鐵的主要反應(yīng)過程①產(chǎn)生還原劑：

C+O2→CO2CO2+C→2CO

（空氣，焦炭）

②還原鐵礦石：

Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2

（鐵礦石）

③造渣（除脈石）：

CaCO3→

CO2+CaOCaO+SiO2→

CaSiO3

（熔劑：石灰石）高溫高溫C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高爐結(jié)構(gòu)圖二煉鋼：生鐵→鋼(1)需要做到：①降：降低含碳量②除：除去硫、磷等雜質(zhì)

③調(diào)：調(diào)節(jié)合金元素的含量（2)基本反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑（用純氧氣）把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化除去。(3)煉鋼設(shè)備：轉(zhuǎn)爐，電爐，平爐（4）煉鋼的原料：生鐵，氧氣，生石灰，硅鐵和錳鐵（5）煉鋼的主要反應(yīng)過程（6）煉鋼與環(huán)保節(jié)能

棕色煙氣：Fe2O3、CO轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)圖煉鋼的主要反應(yīng)過程①產(chǎn)生氧化劑：2Fe+O2=2FeO（氧氣）②除硅，錳，碳等雜質(zhì)：Si+2FeO=SiO2+2Fe

Mn+FeO=MnO+Fe

C+FeO=CO+Fe③造渣：CaO+SiO2=CaSiO3

（生石灰)

硫、磷雜質(zhì)與生石灰作用形成

爐渣被除去。④脫氧：Si+2FeO=SiO2+2Fe

（脫氧劑：硅鐵，錳鐵）調(diào)節(jié)合金元素)煉鐵和煉鋼的比較把鐵從鐵礦石中還原出來降低含碳量;除硫磷等雜質(zhì);調(diào)節(jié)合金元素的含量氧化-還原反應(yīng)還原劑還原出鐵氧化-還原反應(yīng)氧化劑氧化雜質(zhì)除去鐵礦石、石灰石、焦碳、空氣生鐵（廢鋼）、純氧、氧化鈣煉鐵高爐轉(zhuǎn)爐、平爐、電爐考綱要求：1、常見的非金屬元素(如：H、C、

Si

、N、O、S、Cl等)

（1）了解常見非金屬元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及其應(yīng)用。（2）了解常見非金屬單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。2、以上各部分知識(shí)的綜合應(yīng)用常見非金屬及其化合物

第五單元

非金屬及其化合物第1節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅復(fù)習(xí)思路:氣態(tài)氫化物→單質(zhì)→氧化物→氧化物對(duì)應(yīng)的水化物→鹽→存在1．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。3．了解常見無機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途。碳族元素元素名稱元素符號(hào)周期表中的位置周期二三四五六族原子結(jié)構(gòu)相同點(diǎn)不同點(diǎn)主要化合價(jià)元素金屬性與非金屬性的遞變規(guī)律碳硅鍺錫鉛CSiGeSnPbⅣA族最外層都是4個(gè)電子

隨著核電荷數(shù)的遞增，電子層數(shù)和原子半徑都逐漸增大都有+2、+4價(jià)，C、Si有負(fù)價(jià)。Pb以+2價(jià)穩(wěn)定，其余以+4價(jià)穩(wěn)定非金屬性漸弱，金屬性漸強(qiáng)----相似性和遞變性1.能說明碳元素的非金屬性比硅元素強(qiáng)的是（）A、甲烷比硅化氫穩(wěn)定B、碳與SiO2反應(yīng)生成硅C、碳酸與硅酸鈉溶液反應(yīng)生成原硅酸D、高溫下SiO2和Na2CO3反應(yīng)AC[即時(shí)應(yīng)用]考點(diǎn)一硅、二氧化硅、硅酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途原子結(jié)構(gòu)：Si+14284Si的及其化合物（必修一：P74-80）位置：第三周期第IVA族結(jié)構(gòu)性質(zhì)存在制備用途存在形態(tài):化合態(tài)親氧元素2(11山東10）某短周期非金屬元素的原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，該元素（）A.在自然界中只以化合態(tài)的形式存在B.單質(zhì)常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維C.最高價(jià)氧化物不與酸反應(yīng)D.氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定A【鏈接高考】晶體硅SioSiO2晶體均為立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。一、硅（Si）與二氧化硅（SiO2）的結(jié)構(gòu)(必修一P74-75)Si-Si(1:2)SiO2:Si-O(1:4)思考：（判斷正誤）1molSiO2晶體中含Si-O鍵數(shù)約為4×6.02×1023

Si與SiO2的熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水?！蹋ㄒ唬┕瑁翰换顫姵貢r(shí)：F2、HF、NaOH(強(qiáng)堿)加熱時(shí)：O2、Cl2、C高溫時(shí)與C反應(yīng)（二）二氧化硅：不活潑1、酸性氧化物：2、氧化性：3、特殊性：與HF、碳酸鹽反應(yīng)（Na2CO3/CaCO3）（三）硅酸：酸性比碳酸弱1、弱酸性：2、不穩(wěn)定性：受熱分解[思考]SiO2既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)，有人認(rèn)為它是一種兩性氧化物，你同意這種看法嗎？二、性質(zhì)歸納南方P59重點(diǎn)一Ｂ3、生石灰中可能含有CaCO3和SiO2雜質(zhì)，要檢驗(yàn)是否存在這兩種雜質(zhì)，最好選（）A、水B、鹽酸C、硫酸D、燒堿溶液[即時(shí)應(yīng)用]4、將過量的CO2分別通入①CaCl2溶液；

②Na2SiO3溶液；③Ca（OH）2溶液；

④飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是

A

①②③④B

②④C

①②③D

②③B5、不能用磨口玻璃瓶貯存的一組物質(zhì)是

A、溴水、氯水、碘水

B、氫溴酸、鹽酸、氫硫酸

C、濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸

D、NaOH溶液、Na2CO3溶液、水玻璃Ｄ堿性溶液不能用玻璃塞氧化性的溶液不能用橡膠塞6.下列說法中，不正確的是(

)A．SiO2和CO2都是酸性氧化物，均可與NaOH溶液反應(yīng)B．SiO2不能與任何酸發(fā)生反應(yīng)C．SiO2和CO2在一定條件下，均可與CaO發(fā)生反應(yīng)D．SiO2不溶于水，而CO2可與水反應(yīng)，生成H2CO3B7、判斷正誤（一）①（11江蘇·3B）二氧化硅不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器②（14·海南·9A）玻璃容器可長(zhǎng)期盛放各種酸③（14·海南·1C）濃硫酸可刻蝕石英制藝術(shù)品【鏈接高考】④(12全國(guó))SiO2既能與HF反應(yīng)，有能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物⑤（15海南7B）可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液三、硅、硅酸的制備原理1、由石英砂制高純度的硅2、由硅酸鈉制硅酸SiO2+2C=Si+2CO↑高溫粗硅提純：Si+2Cl2=SiCl4高溫SiCl4+2H2=Si+4HCl高溫工業(yè)制粗硅：Na2SiO3+CO2+2H2O=Na2CO3+H4SiO4↓(白色沉淀)H4SiO4=H2SiO3+H2O(易)Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓必修一：P81第9題南方P60重點(diǎn)二、例題2四、主要用途高純硅：半導(dǎo)體材料、光電池、信息技術(shù)的關(guān)鍵材料合金：變壓器鐵芯（含硅4%的鋼有導(dǎo)磁性）耐酸設(shè)備（含硅15%左右的鋼有耐酸性）1.硅光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子儀器、工藝品（水晶、瑪瑙）、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。2.二氧化硅3.硅酸——硅膠干燥劑、催化劑的載體8、判斷正誤（二）①（13福建·6A）石英只能用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維②（14江蘇·4A）晶體硅熔點(diǎn)高硬度大，可用于制作半導(dǎo)體材料③（14海南·10D）

Si和SiO2都用于制造光導(dǎo)纖維④（15全國(guó)Ⅱ·

7A）

硅膠可用作食品干燥劑【鏈接高考】9（13·北京·6）下列設(shè)備工作時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的是（）DA、硅太陽能電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，故錯(cuò)誤；B、鋰離子電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，故錯(cuò)誤；C、太陽能集熱器是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，故錯(cuò)誤；D、燃料燃燒將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能，故正確。作業(yè)：《南方》P59自主測(cè)評(píng)，《習(xí)題集》P27101、硅酸鹽（由硅、氧和金屬組成的化合物）①硅酸鈉（Na2SiO3）：是常見的可溶性硅酸鹽之一,俗稱泡花堿,,

其水溶液俗稱為水玻璃?？勺鞣试硖盍?、木材防火劑、黏膠劑。②硅酸鹽常表示成氧化物的形式：書寫原則:金屬氧化物在前,非金屬氧化物在后,低價(jià)態(tài)在前,高價(jià)態(tài)在后,水一般寫在后面考點(diǎn)二硅酸鹽及無機(jī)非金屬材料硅酸鈉Na2SiO3—高嶺土Al2(Si2O5)(OH)4—正長(zhǎng)石KAlSi3O8—Na2O·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2OK2O·Al2O3·6SiO210、國(guó)家質(zhì)檢總局稱，在我國(guó)銷售的德國(guó)嬰兒爽身粉含有至癌的“滑石粉”，已知“滑石粉”的化學(xué)式為Mg3(Si4O10)(OH)2，色白、滑爽、柔軟、具有耐火性。下列有關(guān)說法不正確的是（）A、滑石粉屬于無機(jī)硅酸鹽類物質(zhì)B、滑石粉組成可表示為3MgO.4SiO2.H2OC、爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔軟、耐火性D、滑石粉可能會(huì)與氫氟酸、NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)C[即時(shí)應(yīng)用]2、硅酸鹽工業(yè)簡(jiǎn)介CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑硅酸鹽工業(yè)玻璃主要原料:純堿、石灰石、石英主要反應(yīng)水泥主要原料：陶瓷

高溫Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2↑高溫Al2O3.2SiO2.2H2O傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料黏土、石灰石、石膏原料黏土3、新型無機(jī)非金屬材料的種類和用途(一)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

1．氧化鋁陶瓷性能：熔點(diǎn)高、硬度大、透明、耐高溫；用途：坩堝、高溫爐管、剛玉球磨機(jī)、高壓鈉燈管

2．氮化硅陶瓷優(yōu)點(diǎn)：超硬物質(zhì)，具有潤(rùn)滑性，耐磨性抗腐蝕性強(qiáng)，高溫也能抗氧化。其他高溫結(jié)構(gòu)材料，如碳化硼陶瓷等等。（二）光導(dǎo)纖維11(雙選)有關(guān)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維的說法正確的是（）A．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷彌補(bǔ)了金屬材料的弱點(diǎn)，但是硬度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料B．氮化硅陶器是一種重要的結(jié)構(gòu)材料，具有超硬性，它不與任何無機(jī)酸反應(yīng)C．光導(dǎo)纖維是一種能高質(zhì)基傳導(dǎo)光的玻璃纖維D．光導(dǎo)纖維的抗干擾性能好，不發(fā)生電輻射，通訊質(zhì)量高，能防竊聽CD[即時(shí)應(yīng)用]12.（2009年四川理綜）開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說法正確的是（）A.

氮化硅陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料B.

C60屬于原子晶體，用于制造納米材料C.

纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料D.

單晶硅常用于制造光導(dǎo)纖維A【鏈接高考】13.（2009年重慶理綜）材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是（）A【鏈接高考】課堂練習(xí)：《南方》P60例1P61及時(shí)鞏固14、根據(jù)元素周期律知識(shí)，請(qǐng)寫出氮化硅的化學(xué)式__。是一種新型陶瓷材料，它可用石英與焦炭在高溫的氮?dú)饬髦蟹磻?yīng)制得：____SiO2＋_____C＋____N2=

___Si3N4＋______CO。根據(jù)題意完成下列各題：(1)配平上述化學(xué)反應(yīng)方程式。(2)為了保證石英和焦炭盡可能多的轉(zhuǎn)化，氮?dú)庖m當(dāng)過量。某次反應(yīng)用了20mol氮?dú)?，反?yīng)生成了5mol一氧化碳，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為________NA。(3)分析反應(yīng)可推測(cè)碳、氮?dú)獾难趸裕篊________N2(填“＞”“＜”“＝”)。Si3N43

6

2

1

6

10＜(5)①、氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)，試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式：_______________②、現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)?、氫氣。在氖氣的保護(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的方程式是：_____________________Si3N4+12HF=3SiF4+4NH33SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl(4)氮化硅陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度高，硬度接近于剛玉(Al2O3)，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。以下用途正確的是______。A.可以在冶金工業(yè)上制成坩堝、鋁電解槽襯里等熱工設(shè)備B.在電子工業(yè)上制成耐高溫的電的良導(dǎo)體C.研發(fā)氮化硅的全陶發(fā)動(dòng)機(jī)替代同類型金屬發(fā)動(dòng)機(jī)D.氮化硅陶瓷的開發(fā)，將受到資源的限制，發(fā)展前途暗淡AC作業(yè)：《習(xí)題集》P26-27

第1-7,9題P60例2、晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；②粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：

Si＋3HCl=SiHCl3＋H2；③SiHCl3與過量H2在1000℃～1100℃反應(yīng)制得純硅。已知SiHCl3

能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請(qǐng)回答下列問題：(1)第①步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

______________(2)粗硅與HCl

反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7℃)，提純SiHCl3采用的方法為______________。分餾(或蒸餾)SiO2＋2C=====Si＋2CO↑高溫(3)用SiHCl3與過量H2

反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：①裝置B中的試劑是__________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是________________________。②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：________________。③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_______________。濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3

氣化有固體物質(zhì)生成在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會(huì)軟化SiHCl3＋H2==Si

＋3HCl高溫排盡裝置中的空氣④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是(填寫字母代號(hào))________。a．碘水b．氯水c．NaOH

溶液d．KSCN溶液e．Na2SO3

溶液bd備選題目1.《習(xí)題集》P26第8題②整個(gè)制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式________________________________________________________

；2．(2012·模擬)硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請(qǐng)回答下列問題：(1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式__________________________________________________。

SiHCl3＋H2====Si＋3HCl

1357KSiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl

H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是_________________________________________________。(2)下列有關(guān)硅材料的說法正確的是______(填字母)。A．碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥B．氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫陶瓷和軸承C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料—光導(dǎo)纖維D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高E．鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸BC(3)硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入飽和氯化銨溶液，振蕩。寫出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并給予解釋___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。生成白色絮狀沉淀，有刺激性氣味的氣體生成；SiO32-與NH4+發(fā)生水解相互促進(jìn)反應(yīng)，反應(yīng)式為：SiO32-＋2NH4+===2NH3↑＋H2SiO3↓重點(diǎn)一硅及其化合物性質(zhì)的“反?！?．硅的五種特性(1)碳族元素的主要化合價(jià)一般是＋2、＋4，而硅常見的是＋

4價(jià)。(2)硅的還原性比碳強(qiáng)，而碳在高溫下卻能從SiO2

中還原出硅。(3)非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)一般不生成氫氣，而硅卻能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。

(4)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅不但能與氫氟酸反應(yīng)，而且還有H2

生成(類似于較活潑金屬與酸的置換反應(yīng))：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。2．二氧化硅的三種特性(1)SiO2是H2SiO3

的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。(2)非金屬氧化物的熔、沸點(diǎn)一般較低，但SiO2

的熔、沸點(diǎn)卻很高。(3)酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2卻能與氫氟酸作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。+Na2CO3，但在高溫下Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑3．硅酸的兩種特性(1)無機(jī)酸一般易溶于水，而H2SiO3

卻難溶于水。

(2)因H2CO3

的酸性強(qiáng)于H2SiO3，所以在Na2SiO3

溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓(膠體)高溫也能發(fā)生。

(3)Na2SiO3

的水溶液俗稱水玻璃，但它與玻璃的成分不相同；硅酸鈉水溶液(即水玻璃)稱為泡花堿，但它卻是鹽溶液(存放的試劑瓶不能用玻璃塞)，并不是堿溶液。重點(diǎn)二三氯甲硅烷還原法制備高純度硅

1．工藝流程

2．操作步驟 高溫下用焦炭在電爐中隔絕空氣還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與干燥的HCl

氣體在300℃以上反應(yīng)生成SiHCl3；SiHCl3與過