1、第二節鐵的冶煉合金學習目標1 從鐵礦石中將鐵還原岀來的方法工業煉鐵的主要設備是高爐。把鐵礦石跟焦炭、石灰石一起加入高爐，從下方通入熱風，焦 炭在爐內反應生成的一氧化碳跟氧化鐵在高溫下反應生成鐵。發生反應的化學方程式為：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO 22 生鐵和鋼等重要的合金生鐵是含碳量為2%4.3%的鐵合金，其中還含有硫、磷、硅等雜質。鋼是含碳量為0.03%2%的鐵合金，鋼是由生鐵在煉鋼爐中進一步冶煉除去過多的碳、硅、硫、磷而得到的。鋼的性能比生鐵優越。合金是由一種金屬跟其他金屬（或非金屬）熔合形成的具有金屬特性的物質。合金具有許多 良好的物理、化學或機械性能。3認識金屬材料在生產、生活

2、和社會發展中的重要作用。4含雜質物質的質量計算方法：純凈物質量=不純物質量X物質質量分數。學習要點重點、難點和疑點1. 重點：鐵的冶煉。合金的特點及應用。2難點：（1）鐵的冶煉。用所學知識解釋和解決生活中有關金屬和合金的問題。3疑點：（1）冶煉生鐵時為什么要用焦炭而不用煤？（2）煉鐵時為什么生成的是生鐵而不是純鐵？教材解讀內容要點解析金屬的冶煉：使金屬礦物變成 金屬的過程。鐵在不同化合物中表現出不同的化合價。一 般，鐵在置換反應的生成物中表現為+2價；鐵在氯氣等物質化合時生成 +3價的鐵離子； 另外鐵在氧氣中燃燒生成 FQ，可將FQ表 示成FeQ- Fe2Q，即FesQ中鐵即表現出+2價， 又

3、表現出+3價。煉鐵的原理：高溫Fe2O3+3CO=2Fe+3CO 2 設備為高爐，原料為石灰石、 鐵礦石、焦炭、空氣，產品為 生鐵。焦炭有著多孔性，它含硫量少，并有發熱量高的優點。而煤 中含有大量的硫、磷等雜質，如不經過洗滌干餾，把它們除去變 成焦炭，則會使生鐵中除含有碳外，還含有大量的硫、磷，從而 大大影響生鐵的性能。所以冶鐵不能用煤而必須用焦炭。生鐵是含碳量為2%-4.3%的鐵合金，其中還含有硫、磷等 雜質。鋼是含碳量為0.03%-2%的鐵的合金，鋼是由生鐵在煉鋼 爐中進一步冶煉除去過多的 碳、硅、硫、磷而得到的。鋼 的性能比生鐵優越。煉鐵時，分別把焦炭、鐵礦石和石灰石等原料，按一定數量比

4、送 到爐頂的自動裝料設備，然后裝進高爐里（加料后，開爐第一次 先將下層的焦炭點燃），并鼓入熱空氣，焦炭就被氧化，生成二 氧化碳，并放出大量熱。C+Q2=CQ2+熱，二氧化碳從爐底上升， 與燒紅的焦炭相遇，被還原成一氧化碳。CQ2+C=2CQ，一氧化碳繼續上升，遇到熾熱的鐵礦石，就把鐵逐步還原岀來。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2，Fe3O4+CO=3FeO+CO 2，FeQ+CQ=Fe+CQ2，由于鐵礦石里除了鐵的氧化物外，還含有難 熔化的脈石（主要成分一般為 SiO2）。因此，煉鐵時還要加入助 熔劑（一般用石灰石），利用石灰石（CaCOa）在高溫下分解出 的生石灰（CaO） 與脈石反

5、應生成熔點較低的硅酸鈣，這樣將脈 石從礦石里分離出來。CaCQ3=CaO+CO2 f ， CaQ+SiQ2=CaSiO3，在冶煉過程中，混在鐵礦石里的錳、 硅、硫、 磷等元素也會被碳或一氧化碳從它們的化合物中還原岀來，少量的碳、錳、硅、硫、磷等在高溫下熔合在鐵里，成為生鐵。這就 是煉鐵時不能得到純鐵的原因。從生鐵煉成鋼的實質為：降碳、除硫磷、調硅錳合金是由一種金屬跟其他金屬 （或非金屬）熔合形成的具有 金屬特性的物質。合金具有許 多良好的物理、化學或機械性 能。人類歷史上使用最早的合金是青銅；世界上最常見、應用最廣的合金是鋼。合金的硬度一般比各成分金屬大。多數合金的熔點低于組成它的成分金屬。含

6、雜質物質的質量計算方法純凈物質量=不純物質量x物質質量分數拓展閱讀1、鋅、銅與癌癥人體是由多種元素組成的。現代科學證明：人體要維持正常的新陳代謝所必需元素有 27種 其中14種為微量元素，雖然他們含量極微卻對人體的健康起著重要的作用。 癌癥和微量元素銅和 鋅在人體里的含量有著很密切的關系。我國廣東順德、江蘇啟東等癌病高發區的土壤、水、農作物中銅都高于非癌高發區，而鋅低 于非癌高發區；對肝癌、胃腸道癌等多種惡性腫瘤患者的血清分析都得岀一致的結論：惡性腫瘤 患者的血清鋅與銅的比值明顯低于正常人，而進行手術摘除惡性組織或藥物治療后，患者血清中 鋅與銅比值回升，可見銅、鋅與癌病的關系最為顯著。鋅、銅與

7、癌癥關系的機理可能在于：鋅控制著生物膜的穩定性，可增強膜抵抗自由基攻擊和 脂質過氧化物損傷的功能；另外，鋅對提高生物體的免疫功能有一定的作用。銅進入肝細胞后與 蛋白質、氨基酸或一些化學致癌物質形成致癌作用較強的金屬大分子絡合物；過量的銅離子作用 于DNA，導致惡性細胞的分裂、生長。總之，象銅、鋅等人體內微量元素主要是通過和有機物形成生物大分子來影響人體生理機能 的。2、具有多種用途的鉑金除了強度和密度之外，鉑金還擁有另外一項岀色品質：柔韌性。鉑金十分柔韌，只需1克鉑金，就可以拉成超過 1英里（近2公里）長的細絲。這種品質，加上鉑金的強度，令珠寶商們能 夠創造岀極其柔韌的網狀鉑金首飾，而其他貴重

8、金屬絕對無法做到這一點。鉑金在其他領域也十 分必需：它可以用于工業領域，最著名的就是用在催化反應器中。鉑金在醫療領域中也扮演著重 要的角色，它不受血液氧化作用的影響，具有出色的傳導性，且能與活組織相容。由于上述這些 特性，鉑金被應用于心臟起博器中。目前，超過五萬人依靠心臟起博器健康地生活著。對他們而 言，鉑金是一種能夠拯救生命的金屬。3、老年癡呆癥的罪魁禍首金屬鋁在現代工業中大顯身手的同時，也滲入到了我們的家庭。為此有人開始研究鋁對人體 健康的影響。長期以來，人們一直認為鋁是一種對人體無害的金屬元素，治療胃酸過多的藥一一胃舒平的 主要成分就是氫氧化鋁。然而，近代科技的發展，對“鋁無害論”提岀了

9、異議。1975年，美國佛蒙特醫院雷弗教授等用電子顯微鏡和X射線衍射光譜測定法分析了多名老年癡呆癥患者的神經元，結果發現這些人的神經元中，鋁的含量比正常人多了24倍。后來，美國科學家達倫用原子吸收光譜分析了老年癡呆癥人的大腦，發現他們腦中鋁的含量 竟是正常人的5倍。美國的一個醫療小組到世界上飲水含鋁量最高的關島調查，最后發現那里患 老年癡呆癥的人數比正常地區多了35倍。這些都證實鋁是老年癡呆癥的罪魁禍首。那么，鋁為什么會導致老年癡呆癥呢？這個問題還在爭論中。一般的觀點認為由于三價鋁離 子有空的電子軌道，易與堿基對中含未成對電子的原子結合，并進入神經元細胞中，使神經細胞 釋放的傳遞物質如乙酚膽堿等

10、不能順利通過，從而導致神經傳遞系統受阻，引起鋁的過量攝入往 往是由于不正確使用鋁制品引起的。大家知道，鋁在空氣中會形成一層致密的氧化鋁，可保護它 免受進一步的腐蝕，但這層保護膜并非堅不可摧，在酸性或堿性溶液中易被破壞。因此我們平時 應養成科學使用鋁制品的習慣，如不用鋁制品存放酸、堿食物，盡量縮短食物在鋁制品中的存放 時間，盡量不用鋁鍋炒菜，讓比鋁硬的金屬制品（如鐵勺）與鋁制品接觸，不用硬質抹布如百潔 布擦洗鋁制品，等等。當然，平時加強體育鍛煉，增強身體活力，也是防止鋁元素在體內存積的 好辦法。4、在金屬活動性順序里為什么包括氫1865年，貝開托夫在實驗的基礎上，根據金屬和金屬離子間互相置換能力

11、的大小，以及金屬 跟酸、跟水等反應的劇烈程度，首先確定了金屬活動性順序，在這個順序里就已包括了氫。因為 氫可以被位于它前面的金屬從稀酸里置換岀來，而氫也可以把位于它后面的金屬，從它們的鹽溶 液里置換岀來，而氫后面的金屬不能從酸中置換岀氫。這就是說，貝開托夫當時區分金屬的活潑 與不活潑，是以氫作為標準的。當然，早期的化學家把金屬跟酸、跟水等反應的劇烈程度作為衡量金屬活動性大小的標志是 不嚴格的。準確的方法是以金屬的標準電極電勢來比較金屬的活動性大小，而標準電極電勢也是 以氫電極定為零作為標準來測定的。標準電極電勢為負值的金屬比氫活潑；標準電極電勢為正值 的金屬活動性小于氫。另外，氫的原子結構決定

12、它在化學反應中表現岀與堿金屬具有相似的化學性質。例如，氫具有還原性，能和大多數非金屬反應顯示+1價；等等。由于以上幾個方面的原因，因此把氫排進了金屬活動性順序里。網站點擊： http:/ ame=C30hxs246t01.ht m&FilelD=3980&Title=%B5%DA%C1%F9%BD%DA%A1%A1%BB%AF%BA%CF%BC%DB典型例題解析 例1、下列說法錯誤的是（）A. 地殼中的鐵都以化合物形式存在B. 生鐵和鋼都不能完全溶解在鹽酸中C. 鋸條上的烤藍是一層致密的氧化膜D. 鋼是由生鐵煉制而成的，因而鋼不會生銹點撥鐵是較活潑金屬，鐵元素不可能以單質形式在

13、地殼中存在。生鐵和鋼都是鐵合金，主要成分 是鐵，差別是含碳量不同，也就是它們除含鐵外還含碳，碳不能溶于酸。烤藍是通過化學處理的 方法在鋼鐵表面形成防銹層一一致密氧化膜。總結|生鐵是含碳量為2%-4.3%的鐵合金，其中還含有硫、磷等雜質。鋼是含碳量為0.03%-2%的鐵的合金.不論是生鐵還是鋼中的主要成分鐵的化學性質不變。 解答 D變式題1.下列說法中正確的是（）A. 生鐵和鋼都是鐵的單質B. 生鐵和鋼都是化合物C. 生鐵和鋼都是鐵的合金D. 生鐵和鋼硬度比純鐵小解答C例"2、（ 2004江蘇南京）下列兩個成語與我們所學的化學知識有關。請你任選一個，簡述其中的化學原理。A. 百煉成鋼（

14、將反復燒紅的生鐵在空氣中不斷錘打，轉化為鋼）B. 釜底抽薪（釜：指古代炊具，相當于現在的鍋；薪：指柴火）你選擇的成語是 。其中的化學原理： 。點撥“百煉成鋼”有兩個要點：生鐵與鋼的區別；生鐵轉化為鋼時發生的化學反應。“釜底抽薪”也包含兩個要點：可燃物是燃燒的必備條件之一；移走可燃物可以滅火。解答A;錘打燒紅的生鐵時，生鐵中的碳與氧氣等反應生成了二氧化碳，使含碳量降低，轉變為 鋼。B;燃燒需要可燃物，減少可燃物不利于燃燒。（其他合理答案均可）總筆本題要求簡述化學原理，解答時應注意兼顧一般原理和具體原理，做到敘述完整 變式題2在古代，人們把在高溫下燒紅的生鐵反復錘打，最終使生鐵轉化為鋼，這也是成語

15、“百煉成鋼”的來歷。請你寫岀在上述轉變中最關鍵的一步反應的化學方程 式：。解答 C+O2=CO2例3、（ 2003湖南長沙）生鐵和足量的稀鹽酸充分反應后會留下黑色殘渣，該殘渣的主要成分 是，鐵與稀鹽酸反應的化學方程式為 。竺生鐵中含有的雜質主要是碳，將生鐵和足量稀鹽酸反應時，鐵完全反應生成了氯化亞鐵和氫 氣，而碳不能與稀鹽酸反應，故剩余的黑色殘渣的主要成分是碳。解答碳，Fe+2HCI=FeCl2+H f總結此題應從生鐵的成分和鐵的化學性質兩方面考慮。變式題3.將鐵放入下列溶液中，溶液的質量會減少的是（）。（A） 11U-（B）出八（C）卜丄-（D）CuSO4解答A例4、依據反應：X+C=2Y和

16、Fe2°3+3Y=2Fe+3X，推斷X和Y各表示（）A. CO 和 CO2 B. H2O 和 CO C. CO2和 CO D. CO2 和 H2點撥 聯想煉鐵反應：Fe2O3+3CO=2Fe+3 CO2知，X為CO?，Y為CO,代入反應：X+C=2Y驗 證，CO2 +C=2CO，符合題意。解答 C總結化學反應的本質是原子的種類和個數不變。變式題4在Fe2（ SO4） 3和FeS04的混合物中，如果硫元素的質量分數為 a%,則鐵元素的質量分數為 （）A. 131a%B. 2.25a%C .( 100-4a ) %D.( 100-3a) %解答D例5、現有：磁鐵礦（主要成分：Fe3O4）

17、;黃鐵礦（主要成分：FeS,）;赤鐵礦（主要成分:Fe2O3）。請從多角度分析這三種礦石中哪種不適合用來煉鐵？原因是點撥通過對三種物質的化學式，可知含鐵元素質量分數由大到小的順序是：Fe3o4 >Fe2o3> FeS2 ,從各物質組成中可知，使用 FeS2煉鐵可能產生對空氣有污染的SO?。綜合以上分析得出結論是黃鐵礦最不適合用來煉鐵。解答 黃鐵礦；黃鐵礦中含鐵的質量分數最低，冶煉過程中還可能產生有害氣體SO2。總結審視此題，應注意“多角度”三個字。通過對三個化學式的分析和比較，理清本題思路如下：既 要從各物質中的含鐵量來考慮，又要從對空氣是否有污染的角度來考慮。提醒同學們在平時學習

18、 中要注意從多方面、不同角度思考問題，得出結論。變式題5山東省煙臺市2003年常見的鐵礦石有：磁鐵礦（主要成分是Fe3O4）、赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）、褐鐵礦（主要成分是 Fe2O3 3H2O）、菱鐵礦（主要成分是 FeCO3）、黃鐵礦（主要成分是FeS2、。其中理論上最適宜煉鐵的兩種礦石為，理由是解答：磁鐵礦、赤鐵礦鐵的百分含量高，有害元素少。例6、（2003年湖南長沙）下列化合物中，鐵元素質量分數最小的是（、A .FeOB. Fe2O3C. Fe3O4D .FeS點撥以 FeO為標準，將Fe的原子個數定為1,則把各式變形為：FeOFe2O3尸甲。4FeSTTFeOFeO 2FeO 上

19、FeO223觀察轉化后各項，另一元素（或部分）的相對原子（或部分）質量越大，則鐵元素的質量分數越小。解答D總結此匕題比較元素質量分數的高低，運用公式逐一計算也能通過計算結果比較，但太繁瑣。快速 解題的方法是變式同異法。即運用轉化的方法把化學式變形為易于分析的形式，一般不看轉化后 相同的部分，而分析比較差異的部分。變式題6下列物質中，鐵元素含量最高的是（、A. Fe（OH）2 B Fe（OH）3 C FeQ3D FeaO4解答D例7、實驗室準備選用鐵、氧化銅、稀硫酸三種物質制取銅。下面是兩位同學的實驗設計方案， 哪種方法好，理由是什么？H2SO4CuOFe> H2> CuH2SO4F

20、eCuO> CuSO4> Cu點撥 本題要求我們通過分析、比較兩種實驗方案的異同， 判斷岀哪一種實驗方案更優越。 首先,利用已經掌握的相關知識判斷兩種方案是否科學合理，能否達到最終的實驗目的；其次，要比較 兩種方案的各步反應，判斷每一個反應的可操作性、環保情況、經濟情況等；最后，必須把分析 研究的所有結果進行綜合考慮，權衡利弊，最終作岀合理的判斷。解答 方法二好主要原因有：方案二更容易操作，其兩個分步反應在常溫下皆可進行，節約能源;方案一中要制備和應用氫氣，氫氣易燃、易爆，對生產中的安全措施要求較高；方案二更經濟，其副產物少，且易回收。總結 一般來說，實驗設計要遵循科學合理、簡便易

21、行、經濟有效的原則。所以，我們在設計實 驗時，要在此原則的指導下利用有關知識，綜合考慮各方面的因素作岀選擇。在解決這類化學問 題時，不僅需要比較扎實的化學基礎知識和基本技能，還必須有較強的綜合分析問題的能力。這 些需要在長期的學習、生活實踐中不斷積累，并逐步提高。變式題7有兩包黑色粉末，分別是鐵粉（通常情況下呈黑色）和木炭粉，請你設計多種實驗方案 進行鑒別，并填寫下列實驗報告。步驟現象和結論方案一方案二方案三方案四解答：方案一：磁鐵吸附；被吸起的是鐵粉，另一種是木炭粉方案二：取少量于試管中，分別加入稀鹽酸；有氣泡產生的是鐵粉，無現象的是木炭粉方案三：兩支盛有硫酸銅溶液的試管中分別放入兩種粉末；

22、有紅色固體析岀的是鐵粉，無紅色固體析出的是木炭粉方案四：用火點燃粉末；能被點燃的是木炭粉，另一包是鐵粉例8 對于生鐵，球墨鑄鐵，碳素鋼，鐵銹，炭粉與氧化銅粉末的混合物，不銹鋼,鐵表面噴漆后鐵和漆的混合物，這七種物質中，是合金的正確組合是（）A .B. C. D. 除都是點撥生鐵和鋼是鐵合金，球墨鑄鐵是生鐵中的一個品種，碳素鋼、合金鋼（含不銹鋼）是鋼的兩 大類，因此屬于合金的正確組合應是。解答 D總結此題要求我們用合金的概念來判斷結論。所謂合金是指由一種金屬跟其他一種或幾種金屬（或金屬艮非金屬）一起熔合而成的具有金屬特性的物質。我們不難得岀符合題意的選擇。變式題8下列物質不屬于合金的是（）A.

23、不銹鋼B. 焊錫C. 氧化銅D. 青銅解答 C例9、要煉出含2%雜質的生鐵1600噸，需要含氧化鐵質量分數為 80%的赤鐵礦石多少噸？ 點撥 此題是一道聯系實際的計算題，無論參加反應的反應物，還是生成物都帶有雜質，因此， 反應前后都需用利用含雜質的質量分數或含純物質的質量分數反復進行換算，原則是代入化學方 程式中的反應物及生成物均為純物質。解答設需要含氧化鐵為80%的赤鐵礦石的質量為x生鐵1600噸含純鐵為1600噸X（ 1 2%）= 1568噸陰0汕3C0亠2匪匕CC點1121568 噸160XX 80%解得：x = 2800噸答：需這種赤鐵礦石 2800噸。總結如何將含雜質的物質換算成純物

24、質,應用下列公式：不純物質的質量X純度 %=不純物質的質量X（ 1-雜質）如何將純物質的質量換算成不純物質的質量，應用下列公式：純物質的質量-純度 % =純物質的質量*（ 1 雜質%）以上為純凈物與混合物的換算關系，只要把握著這點關系并能熟練地加以換算，此類含雜質的計算題將迎刃而解。變式題9.500t含Fe2O380%的赤鐵礦石，最多可煉出含碳和其他雜質8 %的生鐵多少噸？解答 304.3t例10、若將1.6g鐵的氧化物在高溫下用一氧化碳充分還原，得到鐵粉1.12g，則該鐵的氧化物的化學式為。點撥|鐵的氧化物有FeO、FqO3、Fe3°4三種，故可設其化學式為FexOy，根據其與一氧

25、化碳反應的化學方程式，有關系：FexOy + yCO = xFe + yCO256x+16y56x1.6g1.12g56x+16y=1.6g56x1.12g解得：x:y=2:3解答 Fe2O3總結化學方程式表示的是純物質間的質量關系變式題10含有雜質的氧化銅25g，用足量氫氣還原（雜質不與氫氣反應）后，得到18 g銅，求原氧 化銅的質量分數。解答90%例11、5.6克金屬鐵（含雜質）與足量的稀硫酸反應生成氫氣0.19克，則所含雜質是下列中的（）A.FeB.ZnC.MgD.Cu點撥：根據化學方程式即可計算得出,5.6克純鐵完全與酸反應生成氫氣 0.2克，這里給含雜質5.6克鐵生成H少于0.2克，

26、說明這種雜質可能是不與酸反應生成氫氣生成氫氣的能力沒有鐵強。（相同質量金屬和足量的稀HSO反應所得H質量大小順序定義為生成 H的能力）FeH2Zn一H3MgH2Cu 比562652242由化學方程式可知，65份質量鋅完全反應生 2份質量H, 24份鎂與足量酸反應生成H2也是2份質量，銅不與酸反應生成 H，因此，鎂比鐵與酸反應生成氫氣的能力強，而鋅比 鐵弱，銅不反應。由此可確定這種雜質可能是鋅或銅。解答：B、Do總結：此類題型非常多，但千變萬化，基本思路及解法不變。變式題11:由兩種金屬組成的混合物共20克，與足量的鹽酸充分反應后，共放岀氫氣1克，估計原混合物的組成不可能是（）A.Zn 和 MgB.Fe 和 MgC.Zn 和 FeD.Fe 和 Cu解答：C、D知識結構知識點圖表生鐵和鋼比較:類別生鐵鋼