考向15金属的冶炼及金属锈蚀条件的探究
例1．
C
A、氧化铁中铁元素化合价为+3，反应前后Fe元素的化合价由+3价变为0价，错误；B、a处氧化铁和一氧化碳在加热条件下生成铁和二氧化碳，可观察到固体由红色变为黑色，错误；C、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，检验二氧化碳可以用澄清石灰水，正确；D、一氧化碳不与水反应，且难溶于水，不能用水吸收CO，错误。故选C。
例2．
B
A、铁钉一般是由铁合金制成的，因为合金硬度大、耐腐蚀性好，具有优良的性能，不符合题意；
B、铁生锈是铁与氧气和水发生的缓慢氧化，由甲图可知，有水存在时，随着反应的进行，氧气的体积逐渐减小，说明铁钉生锈过程中O2体积减小，符合题意；C、由甲图可知，在无水时，氧气的体积不变，说明铁钉不易生锈，在有水时，氧气的体积逐渐减小，说明有水时，铁钉生锈，故铁钉在潮湿环境更容易生锈，不符合题意；D、由乙图可知，随着反应的进行，温度逐渐升高，说明铁钉生锈放出热量，温度升高，不符合题意。故选B。
例3．
A
A、碳与氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳，木炭的主要成分是碳，可以是木炭，故选项说法正确。B、碳与氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳与碳在高温下反应生成一氧化碳，X是碳，碳与CO都具有还原性，故选项说法错误。C、③是一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，一氧化碳有毒，直接排放到空气中会污染环境，反应后的尾气不能直接排放，故选项说法错误。D、Y是氧化铁，铁元素以化合态存在，故选项说法错误。故选：A。
例4．
D
A、铁生锈，氧气含量会减少，②③氧气含量减少，说明铁已经生锈，A正确。B、干燥剂吸水，①没有水，氧气没有减少，铁没有生锈，②加水后氧气减少，铁生锈，说明水对铁锈蚀有影响，B正确。
C、③加食盐后铁生锈速度加快，说明食盐能加快铁锈蚀，C正确。D、①②③实验中没有探究炭粉对锈蚀的影响，①②③无法证明炭粉对铁锈蚀有影响，D错误。故选：D。
例5．
（1）检查装置的气密性（2）
（3）A
（4）吸收从氢氧化钠溶液中带出的水蒸气（5）红色固体变成黑色澄清石灰水变浑浊
（6）吸收一氧化碳c
（1）在实验开始前，需要检查装置的气密性；（2）B中进行的是氢氧化钠和二氧化碳的反应：；（3）该装置是先让二氧化碳和碳反应，因此先点燃A处酒精灯；（4）浓硫酸具有吸水性，将从氢氧化钠溶液中的水蒸气吸收，防止水进入D中产生爆炸；（5）一氧化碳和三氧化二铁反应，生成铁和二氧化碳：
，实验现象是红色固体变为黑色，E中澄清石灰水变浑浊；（6）该实验缺少尾气处理装置，因此需要加上F装置吸收一氧化碳，一氧化碳从c进入，确保一氧化碳和溶液接触。
一、炼铁的原理
1．实验原理：（化学方程式）
2．实验装置
3．实验步骤：
（2）检查装置的气密性；
（4）点燃右端酒精灯，向玻璃管中通入一氧化碳，排尽空气后再点燃酒精喷灯；
（5）观察到现象后，熄灭酒精喷灯，继续通入一氧化碳，直到玻璃管冷却，停止通入一氧化碳，再熄灭右端的酒精灯；
（6）拆除装置，清洗仪器，整理器材。
4．实验现象：
（1）硬质玻璃管中：红色粉末变成黑色
（2）澄清石灰水：变浑浊，反应的化学方程式为Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O
（3）装置最末端玻璃管尖嘴处：产生蓝色火焰，反应的化学方程式为
五、注意事项：
①实验前应先通，然后再加热，目的是防止混合气体发生爆炸。
②实验结束后，先熄灭酒精灯，待硬质玻璃管中物质冷却后再停止通，目的是防止还原的铁粉再次被氧化。
③与反应的条件为高温，所以加热需用酒精喷灯加热；
④澄清石灰水的作用是检验生成的二氧化碳；
⑤装置末端酒精灯的作用是处理未反应的一氧化碳，防止污染环境。
二、铁生锈的实验
铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。
注意：除去铁锈的方法
物理方法：刀刮、砂纸打磨。
化学方法：少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。
防止铁制品生锈的方法
提升拔高
三、尾气处理创新实验
装置图1和图2是利用了一氧化碳的可燃性；装置图3和图4是利用了一氧化碳难溶于水的性质；装置图1的优点是：既可将有毒的一氧化碳转化为无毒的二氧化碳，又可达到节约资源的目的；装置图5的优点是：操作方便，节约药品；装置图6中B的作用：既检验生成的二氧化碳，又收集未反应的一氧化碳。
四、一氧化碳还原三氧化二铁注意事项：
（1）实验用的一氧化碳在加热前，必须要验纯；
（2）实验时必须先通入一氧化碳，再点燃酒精喷灯，原因是：排尽装置中的空气，避免一氧化碳和空气的混合气体在受热时发生爆炸；
（3）实验结束后，必须先熄灭酒精喷灯，并继续通入一氧化碳，至玻璃管冷却：原因是①防止生成的铁在高温下被空气中的氧气氧化；②防止石灰石倒吸，使玻璃管炸裂；
（5）点燃末端的酒精灯的作用是：将未反应的一氧化碳转化为无毒的二氧化碳，防止污染环境；由于澄清石灰水不能将二氧化碳完成吸收，因此尾气是CO和CO2的混合气体，不易引燃。
尾气处理方法：①用气球收纳尾气；②用排水法收集尾气。
1．
B
A、铁生锈的条件是与水和空气同时接触。所以a管中在靠近水面上方且近水面处铁钉上有明显的锈迹。A正确；B、a管中铁钉生锈消耗氧气，a管中压强减小，L端液面高于R端。B错。C、a管中铁钉与水和空气同时接触，铁钉明显生锈，b管中干燥空气，没有水铁钉几乎不生锈。C正确D、酸碱盐能加快铁钉生锈，海水中含有大量盐类，若将a管中的水改为海水则铁钉生锈更严重。正确综上所述：故选B。
2．
D
A、应先通入一氧化碳，排净装置内空气，避免形成爆炸性混合物，发生爆炸，错误。B、氧化铁被还原为铁，实验中玻璃管里粉末由红棕色逐渐变成黑色，错误。C、反应的化学方程式为，错误。D、一氧化碳有毒，污染环境，玻璃管右侧应连接尾气处理装置，以防止污染环境，正确。故选：D。
3．
A
A、一氧化碳具有可燃性，混有一定量的空气，遇到明火，可能发生爆炸，故实验时，先通入一氧化碳，将装置内空气排尽，然后加热，防止发生爆炸，符合题意；B、一氧化碳有毒，散逸到空气中，会污染空气，故为了减少空气污染，应增加尾气处理装置，不符合题意；C、实验结束时，应该先熄灭酒精灯，然后一直通一氧化碳，直到玻璃管冷却，防止反应生成的铁高温下重新被氧化，不符合题意；D、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，实验时，试管中澄清的石灰水变浑浊，证明该反应有二氧化碳生成，不符合题意。
故选A。
4．
D
A、甲图中实验开始时，应先通入一氧化碳，将装置内空气排尽，然后点燃加热氧化铁的酒精喷灯，防止发生爆炸，不符合题意B、乙图炼铁中原料焦炭的作用是提供热量和提供还原剂一氧化碳，不符合题意；
C、高炉炼制出的生铁是铁合金的一种，属于金属材料，不符合题意；D、一氧化碳还原氧化铁的反应中，一氧化碳得到氧，是还原剂，一氧化碳发生了氧化反应，符合题意。故选D。
5．
②①增大反应接触面积，加快反应速率N2+4使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中碳含量延展Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O
（1）一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应叫置换反应，故属于置换反应的是②；高炉炼铁是利用一氧化碳还原氧化铁，故选①；（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率；（3）空气的主要成分是氮气和氧气，但氮气不参与炼铁的反应，故热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是N2；CaSiO3中Ca显+2价，O显-2价，根据化合物中各元素代数和为0，则Si的化合价为0-（-2）×3-（+2）=+4；（4）生铁中含有较多的碳，碳与氧气能反应生成二氧化碳，故炼钢炉中，通入纯氧的目的是使生铁中的碳转化为二氧化碳，降低生铁中碳含量；将钢锭轧成钢板，体现了金属的延展性；（5）硫酸与氧化铁反应生成硫酸铁和水，化学方程式为Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O。
1．
B
铁钉生锈需要跟氧气和水同时接触，所以最容易生锈的部位是b点。故填B
2．
D
A、冶炼原料是铁矿石、焦炭（提供热量和一氧化碳）、石灰石（将矿石中的二氧化硅转化为炉渣），不符合题意；B、炼铁中，焦炭燃烧生成二氧化碳，放出热量，提供热量，同时二氧化碳与焦炭在高温下反应生成一氧化碳，提供还原剂，不符合题意；C、磁铁矿的主要成分是四氧化三铁，不符合题意；D、生铁的含碳量为：2%-4.3%，符合题意。故选D。
3．
A
A、通过蒸发溶剂可获得晶体，说法正确，符合题意；B、复分解反应是两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应，②生成了铜单质，不是复分解反应，不符合题意；C、③通过加水溶解，得到硫酸铜溶液，溶液不一定饱和，不符合题意；D、④铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁将硫酸铜中的铜置换了出来，不是铁元素变成了铜元素，根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类不变，不符合题意。故选A。
5．
B
A．反应前将黄铁矿粉碎，增大了反应物之间的接触面积，能提高反应速率，故正确B．反应④中，各元素的化合价在反应前后均未改变，故错误；C．反应②是一氧化碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，该反应的反应物均为化合物，生成物是一种单质与一种化合物，不属于四种基本反应类型之一，故正确；D．由工艺流程图可知，该过程回收利用了SO2，能减少酸雨的发生，故正确。故选B。
6．
C
A、铁生锈的条件是铁与氧气、水接触，故在潮湿的空气中铁易生锈，正确。B、金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之一，正确。C、铝有很好的抗腐蚀性，是因为铝在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。不是铝的化学性质稳定，错误，符合题意。D、高炉炼铁的原理是在高温条件下，用一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来，正确。故选C。
1．
D
实验①中，铜与水、氧气、二氧化碳同时接触，发生了锈蚀。实验②中的铜片没有与二氧化碳接触，没有发生锈蚀。实验③中的铜片没有与氧气接触，没有发生锈蚀。实验④中的铜片没有与水接触，没有发生锈蚀。A．对比实验①和②可知：影响铜生锈的因素是CO2，选项说法错误；B．对比实验①和③可知：影响铜生锈的因素是O2，选项说法错误；C．对比实验①和④可知：影响铜生锈的因素是H2O，选项说法错误；D．由以上分析可知，此实验设计运用了控制变量的方法，选项说法正确。故选D。
2．
A
A、一氧化碳具有可燃性，混有一定量的空气，遇明火容易发生爆炸，故应先滴加HCOOH，产生一氧化碳，将装置内的空气排尽，然后点燃乙处酒精灯，符合题意；B、一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，二氧化碳与澄清石灰水反应，由于消耗了二氧化碳，装置内压强减小，澄清石灰水容易倒吸，炸裂试管，故装置丙的作用是防止倒吸，不符合题意；C、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故装置丁可以检验CO2，同时一氧化碳与澄清石灰水不反应，可用排水法收集CO，不符合题意；D、
，该反应有水生成，随着反应的进行，浓硫酸浓度降低，产生CO气体速率减小，不符合题意。故选A。
3．
A
A.一氧化碳还原氧化铁，红色的氧化铁被还原成黑色铁粉而不是银白色。故A符合题意；B.没有参加反应的一氧化碳直接通入空气中会造成空气污染，所以可以用一只燃着的酒精灯将一氧化碳燃烧掉。故B不符合题意；C.赤铁矿颜色是红色的，因为其主要成分氧化铁为红色固体。故C不符合题意；D.实验结束后先移去酒精喷灯，继续通CO直至硬质玻璃管冷却，目的是让还原出来的铁粉在一氧化碳气流中冷却。如果先停止通一氧化碳，后移去酒精喷灯，还原的铁粉又会与空气中的氧气反应。故D不符合题意。
故选A。
4．
②①增大接触面积，使其充分反应N2使生铁中碳充分反应，降低碳的含量延展Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
（1）反应①的反应物是两种化合物，所以该反应不属于置换反应，而反应②是由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质与另一种化合物的反应，属于置换反应；高炉炼铁的原理是在高温的条件下，一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，反应①；（2）炼铁的固体原料需经过粉碎，粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快反应速率；（3）氮气的化学性质稳定，热空气中的氮气没有参与反应，所以排放出的高炉气体中也含有氮气；（4）炼钢炉中通入氧气可以使生铁中的碳充分反应，降低含碳量，将钢锭轧成钢板，体现了金属的延展性；（5）铁锈主要成分是氧化铁，氧化铁和稀盐酸反应生成氯化铁和水，反应的化学方程式为：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O。
5．
化合反应玻璃棒
Ni、Cu（或“镍、铜”均可）大
（1）高炉炼铁的主要原理是一氧化碳与氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：
，这些反应都符合“多变一”的特点，属于化合反应；（3）向精炼炉中吹入氩气使钢水循环流动，各成分均匀混合，相当于化学实验中的搅拌，与玻璃棒的作用相似；（4）由图可知，向白铜中加入稀硫酸，得到滤渣和滤液，铜与稀硫酸不反应，不滤渣中含铜，向滤液中加入适量的钢，钢中含铁，得到Ni、C和滤液2，说明白铜中含Ni，Ni与稀硫酸反应生成了硫酸镍，加入钢，铁与硫酸镍反应生成了硫酸亚铁和镍，说明在金属活动性顺序里，铁的金属活动性＞镍，铁与硫酸镍反应生成硫酸亚铁和镍，该反应的化学方程式为：；（5）由（4）的分析可知，白铜中含Cu、Ni；白铜的铜的合金，合金比组成它的纯金属的硬度大，故填：大。
1．
C
①铝比铁活泼，但是铝制品比铁制品耐腐蚀，是因为铝能与空气中的氧气反应，在其表面形成一层致密的氧化铝薄膜，从而阻止铝进一步被氧化，不符合题意；②用硫酸铜溶液和铁制取铜，是因为铁比铜活泼，铁能与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，符合题意；③用稀盐酸除铁锈，是因为铁锈的主要成分是氧化铁，氧化铁和稀盐酸反应生成氯化铁和水，不符合题意；④金属铜不能与稀硫酸反应，是因为在金属活动性顺序里，铜排在氢后，氢后金属与酸不反应，符合题意。故能用金属活动性解释的是②④。故选C。
2．
导电性导热防止空气中的氧气溶于水铁生锈需要与水接触BC隔绝氧气和水，防锈
（1）铜制导线利用了铜的导电性；（2）铁制炒锅，说明铁具有导热性；（3）一氧化碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；（4）①实验乙中植物油的作用是：防止空气中的氧气溶于水；②实验甲中铁钉与氧气和水接触，生锈，丙中铁钉只和氧气接触，不生锈，说明铁生锈需要与水接触；（5）①二氧化硫、二氧化氮能与水反应生成酸，导致酸雨。
故选BC；②进行防腐底漆的喷涂，可以隔绝氧气和水，起到防锈的目的。
（1）生铁是含碳量为2%～4.3%的铁合金，钢是含碳量为0.03%～2%的铁合金，故填：大于；
（2）①钨酸钠中钠元素的化合价为+1，氧元素的化合价为-2，根据化学式中正负化合价的代数和为零，可得出钨元素的化合价为+6价；
②步骤Ⅱ钨酸钠和盐酸反应生成钨酸和氯化钠，反应的化学方程式为：
；
步骤Ⅲ钨酸在高温条件下分解生成三氧化钨和水，反应的化学方程式为：
；
步骤Ⅳ氧化钨和氢气在高温条件下生成，
一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，属于置换反应。
4．
铁(Fe)
红硝酸亚铁和硝酸铜使滤渣B中的铜完全反应，得到纯净的银稀盐酸不会改变，因为假设步骤Ⅰ中加入的amolFe和足量的硝酸铜反应，会生成amolCu，那么后续反应就和原来的amol略过量的Cu一样了，置换出银肯定是2amol
①在金属活动性顺序里，铁排在铜、银之前，故金属活动性最强的是Fe；②铜与硝酸银反应生成硝酸铜和银，该反应的化学方程式为：
；铁与硝酸铜反应生成硝酸亚铁和铜，铁表面析出红色固体；③i.在金属活动顺序中铜排在铁之后，银之前。加入稍过量铜，铜会与硝酸银反应生成银和硝酸铜，所以滤液A中溶质为硝酸铜和硝酸亚铁；滤渣B中有银和稍过量的Cu，步骤Ⅲ加入足量硝酸银，将铜反应成硝酸铜；硝酸银与盐酸反应生成氯化银沉淀和硝酸。滤液C中一定有硝酸铜，是否有硝酸银，用盐酸检验，若有白色沉淀，则含硝酸银，反之不含。ii.如果把amolCu改为amolFe，首先依然会把混合废液中的Ag全部置换出来，额外还有一部分Cu也进入滤渣B，滤渣B中加入足量硝酸银，Cu又把Ag置换出来。铁与硝酸铜：
，1molFe置换1molCu，铁和硝酸银：
，1molFe置换2molAg，铜和硝酸银
：1molCu置换2molAg，铜和铁是等效的。所以最终都得到2molAg；
5.
除去SiO2
得到纯净的Al2O3
（1）铝土矿中的SiO2不溶于水，也不与盐酸反应，加入盐酸后仍为固体状态；操作①的目的是分离固液操作，除去SiO2。（2）反应前后元素种类不变；操作③得到的Al(OH)3受热分解生成Al2O3，此外还生成水，该反应的化学方程式为；铝土矿中除了氧化铝还含有氧化铁、二氧化硅等杂质，操作①，加入稀盐酸，氧化铁和稀盐酸反应生成氯化铁和水，氧化铝和稀盐酸反应生成氯化铝和水，二氧化硅与酸不反应，可除去二氧化硅，操作②加入氢氧化钠，氢氧化钠和氯化铁反应生成氢氧化铁，氢氧化钠和氯化铝反应生成氢氧化铝和氯化钠，氢氧化铝和过量的氢氧化钠会反应生成偏铝酸钠和水，过滤，可除去氢氧化铁，通入二氧化碳，过滤，得到氢氧化铝和碳酸氢钠，氢氧化铝受热分解生成氧化铝，故操作经过操作①~④除去了杂质，得到纯净的Al2O3。（3）在冰晶石作助熔剂条件下，高温电解A12O3得到金属铝，该反应的化学方程式为。
6．
（1）①+5②③含碳量
（2）①化学变化②隔绝氧气和水
（1）①磷酸铁中铁元素显+3价，氧元素显-2价，设磷元素的化合价为x，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：（+3）+x+（-2）×4=0，x=+5；②一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；③碳能与氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳，炼钢中“充氧”的目的是降低生铁中的含碳量，获得性能更好的钢；（2）①“发蓝”过程有金属氧化物生成，属于化学变化；②铁生锈的条件是铁与氧气和水接触，致密氧化膜能防止钢铁锈蚀的原因是：隔绝氧气和水。
6.
COH2Ob
不排放CO2、无污染调节钢中的含碳量
（1）①高炉炼铁的主要反应原理是在高温下，CO夺取了Fe2O3里的氧，将铁还原出来；
（2）②设每年排放CO2的质量为x，
解得x=万吨
（2）①步骤Ⅰ是二氧化碳和氢气反应生成一氧化碳和水，故氧化物的化学式为：H2O；②a、根据质量守恒定律，反应物中只有C、H两种元素，所以所得汽油中含有C、H两种元素，正确；b、四氧化三铁中氧为-2价，两个铁为+3价，另外一个铁为+2价，错误；c、上述转化不仅有利于CO2减排，还可以减轻人类对化石能源的需求，正确。故选b；（3）氢气和二氧化三铁在高温下反应生成铁和水，反应的化学方程式为：
；②“焦炭炼钢”有二氧化碳产生，“氢能炼钢”的产物为水，优点是不排放CO2、无污染；③从物质组成的角度，说明向炼钢炉中加入废钢的目的调节钢中的含碳量。故答案为：①CO；②；③H2O；④b；⑤；⑥不排放CO2、无污染；⑦调节钢中的含碳量。