高中化学复习知识点铁矿石与高炉炼铁.docx
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高中化学复习知识点铁矿石与高炉炼铁
高中化学复习知识点：
铁矿石与高炉炼铁
一、单选题
1．下列说法不正确的是
A．湿法冶金是金属冶炼的常用方法之一，如电解ZnSO4溶液制备Zn
B．黄绿色气体ClO2是一种高效安全的灭菌消毒剂
C．工业上常用Na2O2和CO2反应制备Na2CO3
D．工业炼铁时，铁矿石和焦炭应从炼铁高炉的上口加入
2．以下不符合工业生产事实的是
A．金属铝：
冶铁时作还原剂B．生石灰：
炼钢时作造渣材料
C．氨水：
制硫酸时吸收尾气中SO2D．铂铑合金：
制硝酸时作催化剂
3．下列现象可以用勒夏特列原理解释的是
A．高炉炼铁时焦炭和铁矿石要预先粉碎
B．工业上在制盐酸的合成塔内往往输入过量氢气
C．人们食用了酸性食品或碱性食品后，血液pH值仍稳定在7.4±0.05
D．在饱和硫酸铜溶液中放入胆矾晶体，几天后晶体外形发生改变，但质量未变
4．转炉炼钢过程中既被氧化又被还原的元素是
A．铁B．氮C．氧D．碳
5．冶铁的原料有铁矿石、焦炭、空气和石灰石。
测得某冶铁高炉煤气的体积分数为CO-0.28;CO2-0.10;N2-0.58，棕色烟尘-0.04（不含氮元素）。
若每生产1000kg生铁排放煤气2400m3，则至少需要补充空气（空气体积分数:
N2-0.8、O2-0.2;气体都在同温同压下测定）
A．1392m3B．1740m3C．1920m3D．2304m3
6．炼钢时常用的氧化剂是空气（或纯氧）．炼钢过程中既被氧化又被还原的元素是（ ）
A．铁B．硫C．氧D．碳
7．下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是
A．炼铁是铁矿石被还原的过程
B．炼钢是生铁被氧化的过程
C．炼铁高炉中加入石灰石的目的是除去脉石
D．炼钢转炉中加入的生石灰是造渣剂.
二、多选题
8．工业炼铁的原料包括铁矿石、焦炭和足量的空气。
某种铁矿石中所含有效成分为Fe2O3和Fe3O4。
某次炼铁，矿石中含这两种铁氧化物共1.0吨，假定焦炭与矿石均被充分利用，所需焦炭的质量可能是
A．0.22吨B．0.21吨C．0.11吨D．0.10吨
9．下列有关炼铁和炼钢的说法中，错误的是
A．炼铁目的是将生铁进行还原B．炼铁时加入石灰石除脉石
C．炼钢目的是将生铁进行氧化D．炼钢时加入生石灰造渣
10．炼钢开始和结束阶段都可能发生反应：
Si+2FeO
2Fe+SiO2，其目的是（ ）
A．得到副产品硅酸盐水泥B．制取SiO2，提升钢的硬度
C．除去生铁中过多的Si杂质D．除过量FeO，防止钢变脆
三、综合题
11．硫铁矿石（主要成分FeS2）用于工业制硫酸，其排出的矿渣在一定条件下以磁性铁为主。
经磁选获得精矿，可直接用于高炉炼铁。
已知某精矿的主要成分是磁性铁（Fe3O4）和Fe2O3及杂质（杂质不含铁、硫、氧元素，且杂质不耗氧）。
请回答下列问题：
（1）某硫铁矿石中（杂质不含铁、硫）含硫的质量分数是0.360，则该硫铁矿石中含铁的质量分数是：
_______（用小数表示，保留3位小数）。
（2）如用上述硫铁矿石制硫酸，矿渣经磁选获得精矿，直接用于高炉炼铁，当制得98%的硫酸1.92吨时（不考虑硫的损失），则炼铁厂（不计选矿及炼铁时铁的损耗）最多可生产含碳4%的生铁_______吨。
（3）煅烧硫铁矿常用富氧空气。
从沸腾炉排出的气体成分如下表。
如果精矿中铁、氧的物质的量之比为n（Fe）∶n（O）=5∶7，则富氧空气中O2和N2的体积比为_______。
气体
SO2
N2
O2
物质的量（mol）
10
58
6
（4）炼铁厂生产的生铁常用于炼钢。
取某钢样粉末28.12g（假设只含Fe和C），在氧气流中充分反应，得到CO2气体224mL（标准状况）。
①计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比_______（最简单的整数比）。
②再取三份不同质量的钢样粉末分别加到100mL相同浓度的H2SO4溶液中，充分反应后，测得的实验数据如下表所示：
实验序号
I
II
III
加入钢样粉末的质量/g
2.812
5.624
8.436
生成气体的体积/L（标准状况）
1.120
2.240
2.800
则该硫酸溶液的物质的量浓度_______。
③若在实验II中继续加入mg钢样粉末，计算反应结束后剩余的固体质量为多少?
（写出必要的步骤，答案保留3位小数）_______。
12．材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础，回答下列问题：
（1）下列生产工艺能获取新型无机非金属材料的是______（填序号）。
①采用甲烷为原料，在微波和其他条件下生产金刚石
②采用传统方法用焦炭还原SiO2制备单晶硅
③在水泥生产过程中加入高炉矿渣生产特殊用途的水泥
④在玻璃生产过程中加入K、Pb生产其有特殊用途的光学玻璃
（2）某炼铁高炉中一次投入磁铁矿冶炼生铁，若该过程中转移的电子为1.60×105mol，不考虑其他的反应，也不考虑生铁中的杂质，则炼得的生铁为______t。
生铁中含碳、硫等元素较多，炼钢是以生铁为原料，除去过多的碳、硫等杂质元素，其中除去硫的化学方程式为______。
（3）工业炼金属Al的工艺流程如下：
该工艺中冰晶石和氟化钙的作用是______，物质W的化学式为______；若铝土矿的纯度为60%，提取W的损失率为3%，电解时损失率为0.1%，粗铝净化时的损失率为2%，铝锭中铝的含量为99.9%，那么1.0t铝土矿可制备铝锭______t。
（4）金属腐蚀带来的损失无法估量。
钢铁腐蚀多为吸氧腐蚀，其正极反应式为______，金属防腐措施很多，其中牺牲阳极（金属Zn）的阴极保护法的“阴极”反应式为______。
参考答案
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．湿法冶金是金属冶炼的常用方法之一，如电解ZnSO4溶液，根据电解池阴阳极放电顺序，阳极水电离出的氢氧根放电，阴极为Zn2+放电得电子生成锌单质，可以制备Zn，故A正确；
B．ClO2是极易溶于水而不与水反应，几乎不发生水解，具有极强氧化性，是安全、无毒的消毒剂，无"三致"效应（致癌、致畸、致突变），同时在消毒过程中也不与有机物发生氯代反应生成可产生"三致作用"的有机氯化物或其它有毒类物质，故B正确；
C．工业上常用联合制碱法（又称侯氏制碱法）反应制备Na2CO3，故C错误；
D．工业上高炉炼铁时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气，在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁，故D正确；
答案选C。
【点睛】
工业制碱时要考虑经济价值和产率，还要考虑原料，工艺等，用过氧化钠制碱成本太高。
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．冶炼铁常利用比较便宜的C、CO作还原剂，A项错误；
B．生石灰与二氧化硅反应生成硅酸钙，生成炉渣，B项正确；
C．H2SO4工业中尾气中的SO2用氨水吸收，C项正确；
D．工业上用铂铑合金网作氨气氧化过程的催化剂，反应后生成NO，NO进一步被氧气氧化成NO2，之后用水吸收NO2生成硝酸，D项正确；
答案选A。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．高炉炼铁时，将焦炭和铁矿石要预先粉碎，增大接触面积，不影响平衡移动，不能利用勒夏特列原理解释，故A错误；
B．通入过量的氢气，使氯气完全反应，提高氯气的利用率，防止污染，与平衡移动无关，不能利用勒夏特列原理解释，故B错误；
C．血液中存在pH值血液中含有缓冲物质，如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等，人们食用了酸性食品或碱性食品后，通过平衡移动，使血液pH值仍稳定在7.4±0.05，故C正确；
D．饱和硫酸铜溶液中放入胆矾晶体，存在溶解平衡，几天后晶体外形发生改变，质量不变，与平衡移动无关，不能利用勒夏特列原理解释，故D错误；
答案选C。
【点睛】
勒沙特列原理是如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动．勒沙特列原理适用的对象应存在可逆过程，如与可逆过程无关，与平衡移动无关，则不能用勒沙特列原理解释。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
根据
可知高炉炼铁基本原理：
物料从炉顶进入，从炉底出去，因炉渣密度较小，所以出铁口在最下方，其次是出渣口，从炉低进热空气，上方下来的焦炭在炉底部进风口附近首先反应生成二氧化碳．然后二氧化碳随气流上升与焦炭进一步反应生成一氧化碳；最后一氧化碳与铁矿石反应还原出铁，有关反应的化学方程式是C+O2
CO2、CO2+C
2CO、Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2，即炼铁反应中铁元素被还原剂CO还原，氮元素没有参与氧化还原反应，氧元素被碳还原，碳元素发生C→CO2→CO的一系列反应中，既被氧化又被还原，答案选D。
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
至少需要补充空气的体积是x。
根据在反应过程中N2的体积不变可得：
2400m3×0.58=0.8x，解得x=1740m3。
故答案是选项B.
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
炼钢过程中反应原理：
2Fe+O2
2FeO、FeO+C
Fe+CO、2FeO+Si
2Fe+SiO2。
反应中C元素化合价升高，Fe元素发生Fe~FeO~Fe的一系列反应中，则Fe元素既失去电子也得到电子，所以既被氧化又被还原，答案选A。
【点睛】
从化合价的角度分析被氧化还是被还原，要正确的写出炼钢过程的化学方程式。
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．炼铁的原理是利用还原剂高温还原铁的氧化物，故A正确；
B．炼钢利用转炉内的氧化性环境将铁水中过量的碳氧化成一氧化碳和二氧化碳，达到钢水要求的碳含量，并把其中的硫和磷氧化而除去，调整其中的合金元素的含量，最后加脱氧剂还原被氧化的铁，故B错误；
C．石灰石中的碳酸钙在高温条件下分解能生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙能和矿石中二氧化硅反应生成硅酸钙，从而除去铁矿石中的二氧化硅，达到除去脉石（二氧化硅）的目的，故C正确；
D．氧化钙能和二氧化硅反应生成硅酸钙，将矿石中的二氧化硅转变为炉渣，即作熔剂造渣，故D正确；
故选B。
【点睛】
明确炼铁和炼钢的原理是解题的关键。
本题的易错点为B，要注意炼钢是利用氧化剂除去生铁中过量的碳，使碳含量达到钢水要求。
8．AB
【解析】
【分析】
【详解】
铁矿石中所含有效成分为Fe2O3和Fe3O4．工业炼铁在高温条件下，利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳作还原剂，从铁矿石中将铁还原出来，所以，假设所需焦炭的物质的量为X，n（CO）=n（C），
①当1.0吨铁矿石都为Fe2O3时，Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2，1:
3=
：
x，x=
mol，所需焦炭的质量可能是m（C）=
mol××12g≈0.225吨；
②当1.0吨铁矿石都为Fe3O4时，
Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2，1mol：
4mol=
：
x，x=
mol，所需焦炭的质量可能是m（C）=
×12g≈0.2069吨，所需焦炭的质量介于这两者之间；
故选：
AB。
9．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．炼铁的原理是利用还原剂高温还原铁的氧化物，故A错误；
B．石灰石中的碳酸钙在高温条件下分解能生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙能和二氧化硅反应生成硅酸钙，从而除去铁矿石中的二氧化硅,即炼铁高炉中加入石灰石的目的是除去脉石（二氧化硅），故B正确；
C．钢利用转炉内的氧化性环境将铁水中过量的碳氧化成一氧化碳和二氧化碳，达到钢水要求的碳含量，不是生铁被氧化剂氧化，是碳被氧化，故C错误；
D．氧化钙能和二氧化硅反应生成硅酸钙，将矿石中的二氧化硅转变为炉渣，作熔剂造渣，故D正确；
故选AC。
【点睛】
金属冶炼均是还原金属氧化物，故可判断氧化还原关系。
10．CD
【解析】
【分析】
【详解】
炼钢的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程，这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧（如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧）来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素，化学反应主要是2FeO+Si
2Fe+SiO2、FeO+Mn
Fe+MnO；在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹，故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂（例如锰铁、硅铁和铝等），以除去钢液中多余的氧：
Mn+FeO
MnO+Fe，Si+2FeO
SiO2+2Fe，Al+3FeO
Al2O3+3Fe，故合理选项是CD。
11．0.3150.56039:
11650:
11.25mol/LH2SO4共0.125mol，设再加入钢样的质量为x时酸反应完，则有：
5.624g+x=
，x=1.406g。
a．若加入的钢样粉末过量（m≥1.406g），H2SO4全反应，则：
m（余固体）=（5.624g+mg）－0.125mol×56g·mol－1=（m－1.376）g。
b．若加入的钢样粉末少量（m＜1.406g），Fe全溶解，则剩余固体全部为碳的质量。
即：
m（余固体）=（5.624g+mg）×
=（5.624g+mg）×
。
【解析】
【分析】
【详解】
（1）利用化学式FeS2，硫的质量分数是0.360，则该硫铁矿石中含铁的质量分数为
=0.315。
答案为：
0.315；
（2）由硫铁矿石的化学式FeS2，可建立关系式FeS2—2H2SO4—Fe，最多可生产含碳4%的生铁的质量为
=0.560t。
答案为：
0.560；
（3）由精矿中铁、氧的物质的量之比为n（Fe）∶n（O）=5∶7，可假设化学式Fe5O7，写出方程式：
10FeS2+27O2→2Fe5O7+20SO2，则富氧空气中O2和N2的体积比为（
mol+6mol）:
58mol=39:
116。
答案为：
39:
116；
（4）①由CO2气体224mL，n（CO2）=0.01mol，可求出钢样中含C的质量为0.12g，从而求出Fe的质量为28g，便可计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为
=50:
1。
答案为：
50:
1；
②由表中数据可知，第III次实验中，样品过量，硫酸完全反应，由H2的体积2.8L，可求出该硫酸溶液的物质的量为
=0.125mol，c（H2SO4）=
=1.25mol/L。
答案为：
1.25mol/L；
③H2SO4共0.125mol，设再加入钢样的质量为x时酸反应完，则有：
5.624g+x=
，x=1.406g。
a．若加入的钢样粉末过量（m≥1.406g），H2SO4全反应，则：
m（余固体）=（5.624g+mg）－0.125mol×56g·mol－1=（m－1.376）g。
b．若加入的钢样粉末少量（m＜1.406g），Fe全溶解，则剩余固体全部为碳的质量。
即：
m（余固体）=（5.624g+mg）×
=（5.624g+mg）×
。
答案为：
钢样过量时，剩余固体质量为（m－1.376）g；钢样不足量时，剩余固体质量为（5.624g+mg）×
。
【点睛】
计算Fe刚好与硫酸完全反应时，所需添加的钢样的质量时，也可以利用“取某钢样粉末28.12g，得到CO2气体224mL（标准状况）”进行计算。
再加入钢样的质量为x时酸反应完，则5.624g+x=
，求出x=1.406g。
12．①②3.36FeS+CaO
FeO+CaS降低Al2O3的熔点，减少熔融电解质的能耗Al2O30.3O2+2H2O+4e-=4OH-Zn-2e-=Zn2+
【解析】
【分析】
（1）传统无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料，如玻璃、水泥等；新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料，它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础，据此进行判断；
（2）磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，根据电子守恒先计算出生成铁的物质的量，再计算出生成铁的质量；根据题意写出硫化亚铁与氧化钙反应的化学方程式；
（3）冰晶石能溶解Al2O3晶体，被用作助熔剂降低Al2O3的熔点；W为铝土矿的主要成分氧化铝；设出生成铝锭的质量，然后利用铝元素质量守恒列式计算；
（4）牺牲阳极（金属Zn）的阴极保护法的“阴极”锌失去电子生成锌离子，据此写出电极反应式。
【详解】
（1）①采用甲烷为原料，在微波和其他条件下生产的金刚石为新型无机非金属材料，①正确；
②采用传统方法用焦炭还原SiO2制备的单晶硅为新型无机非金属材料，②正确；
③水泥是传统无机非金属材料，③错误；
④光学玻璃是传统无机非金属材料，④错误；
故合理选项是①②；
（2）磁性氧化铁化学式为Fe3O4，其中铁元素的平均化合价为+
，该过程中转移的电子为1.60×105mol，则生成Fe的物质的量n（Fe）=
=6×104mol，可以得到生铁的质量为：
m=56g/mol×6×104mol=3.36×106g=3.36t；通常用CaO除去硫，反应化学方程式为：
FeS+CaO
FeO+CaS；
（3）Al2O3属于离子晶体，熔点较高，加入冰晶石和氟化钙，熔融的冰晶石和氟化钙能溶解Al2O3晶体，所以其在电解冶炼铝时被用作助熔剂，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al2O3的熔点，减少熔融电解质的能耗；W是铝土矿中主要成分氧化铝，化学式为Al2O3；
设生成的铝锭的质量为x，根据铝元素质量守恒可得：
1.0t×60%×
×（1-3%）×（1-0.1%）×（1-2%）=99.9%x，解得：
x=0.3t；
（4）在吸氧腐蚀中，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：
O2+2H2O+4e-=4OH-；在金属防腐措施中，牺牲阳极（金属Zn）的阴极为原电池的正极，发生还原反应，牺牲阳极（金属Zn）为负极，Zn失去电子生成Zn2+，电极反应式为：
Zn-2e-=Zn2+。
【点睛】
本题考查了金属铝的冶炼、材料类型的判断、氧化还原反应的计算等，熟悉传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别，根据在反应过程中的元素守恒及电子守恒关系进行有关分析与计算，注意原电池工作原理的应用，结合氧化铝为离子化合物，熔沸点高的性质分析判断冶炼时加入的物质的作用。
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