聚焦鐵的冶煉

鐵器的生產(chǎn)和使用是人類文明和社會進步的一個重要標志。鐵的冶煉是初中化學(xué)的重點內(nèi)容之一，也是中考命題的熱點。下面加以總結(jié)歸納。

[夯實基礎(chǔ)]

一、實驗室模擬煉鐵

1. 實驗儀器：鐵架臺（帶鐵夾）、硬質(zhì)玻璃管、酒精燈、酒精噴燈、試管等。

2. 實驗藥品：一氧化碳、氧化鐵、澄清石灰水等。

3. 實驗原理：在高溫條件下，用還原劑一氧化碳將鐵的氧化物（如Fe2O3）中的鐵還原出來?；瘜W(xué)方程式為：Fe2O3+3CO [? ? 高溫? ? ] 2Fe+3CO2。

4. 實驗裝置：如圖1所示。

5. 實驗步驟：

（1）檢查裝置的氣密性;

（2）將氧化鐵粉末裝入硬質(zhì)玻璃管中央后，將硬質(zhì)玻璃管固定在鐵架臺上;

（3）點燃右端的酒精燈;

（4）向硬質(zhì)玻璃管中通入一氧化碳;

（5）點燃酒精噴燈，加熱裝有氧化鐵的硬質(zhì)玻璃管;

（6）熄滅酒精噴燈，停止加熱;

（7）停止通入一氧化碳;

（8）熄滅右端的酒精燈。

6. 實驗現(xiàn)象：硬質(zhì)玻璃管中的紅棕色粉末逐漸變?yōu)楹谏?，試管中的澄清石灰水變渾濁，玻璃?dǎo)管尖嘴處產(chǎn)生藍色火焰。

7. 注意事項：

（1）實驗開始時要先通入一氧化碳，再點燃酒精噴燈，以排盡玻璃管內(nèi)的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸。

（2）實驗結(jié)束時，應(yīng)先停止加熱，并繼續(xù)通一氧化碳直至裝置冷卻，以防止生成的鐵又被空氣中的氧氣氧化;同時防止試管中的澄清石灰水倒吸進入灼熱的硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，使硬質(zhì)玻璃管炸裂。

（3）一氧化碳有毒，不能直接排放到空氣中，否則會污染空氣，因此裝置中必須有尾氣處理裝置。尾氣處理可用收集法（用氣球或排水法收集尾氣）或燃燒法（將尾氣點燃燒掉或用于加熱氧化鐵）。

二、工業(yè)高爐煉鐵

1. 設(shè)備：高爐。

2. 原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。

3. 原理：在高溫條件下，用還原劑一氧化碳將鐵從鐵礦石中還原出來。高爐內(nèi)有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C + O2 [? ? 高溫? ? ] CO2， C + CO2 [? ? 高溫? ? ] 2CO，F(xiàn)e2O3+3CO [? ? 高溫? ? ] 2Fe+3CO2。

[實驗拓展]

實驗室模擬煉鐵實驗的改進

1. 改進裝置（圖2）：

<E：＼MXJ＼2021PB＼CZ21-25 初中生12期 中考版＼12期 中考版 內(nèi)文圖片＼21年12期化學(xué)第4篇：鐵的冶煉實驗-趙培龍-2C86＼image4.jpeg>[甲酸][4mL 98%濃硫酸][80 ℃

熱水][氧化鐵][澄清石灰水][標記

位置][W形管]

圖2

2. 實驗步驟：

（1）檢查裝置氣密性。如圖2所示，連接儀器并添加藥品，擠壓膠頭滴管的膠帽，若觀察到集氣瓶內(nèi)的兩根導(dǎo)管出現(xiàn)穩(wěn)定的液面差（左低右高），則裝置氣密性良好。

（2）水浴加熱。對W形管前端的濃硫酸進行80 ℃水浴加熱。

（3）取下膠頭滴管，吸取3 mL甲酸后連接于裝置中。輕輕擠壓滴管的膠帽，將甲酸逐滴滴加到濃硫酸中。

（4）當集氣瓶內(nèi)液面下降到標記位置時，點燃酒精燈，先預(yù)熱，再固定位置集中加熱。

（5）當紅棕色粉末全部變黑且澄清石灰水變渾濁時，繼續(xù)加熱2～3分鐘，而后熄滅酒精燈。

（6）用磁鐵吸引管內(nèi)黑色粉末，多余的尾氣用集氣瓶收集。

（7）后續(xù)處理：實驗結(jié)束后，取下集氣瓶，拿到安全之處，在老師的幫助下，拔掉雙孔塞，立即點燃尾氣。拆開其余實驗裝置，清洗并整理實驗用品。

3. 改進優(yōu)點：（1）甲酸在濃硫酸的催化下反應(yīng)生成一氧化碳和水，所以本實驗無須提前儲存一氧化碳;（2）加入防倒吸裝置，提升實驗安全系數(shù);（3）W形管還可應(yīng)用于其他化學(xué)實驗的改進中。

[實戰(zhàn)演練]

（2021·四川·廣安）利用圖3所示實驗裝置模擬工業(yè)煉鐵，下列說法正確的是（ ）。

A. 反應(yīng)前后Fe元素的化合價由+2價變?yōu)?價

B. 充分加熱，a處固體由黑色變?yōu)榧t色

C. b處可以用澄清石灰水檢驗生成的CO2

D. 可用水吸收尾氣中的CO

解析：反應(yīng)前氧化鐵中Fe元素的化合價是+3價，反應(yīng)后鐵中Fe元素的化合價是0價，A錯誤;氧化鐵是紅棕色固體，鐵是黑色固體，充分加熱，a處現(xiàn)象是固體由紅棕色變?yōu)楹谏珺錯誤;可以用澄清石灰水檢驗生成的CO2，C正確;CO難溶于水，不能用水吸收尾氣CO，尾氣處理可用收集法或燃燒法，D錯誤。答案：C。