聚焦铁的冶炼

铁器的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。铁的冶炼是初中化学的重点内容之一，也是中考命题的热点。下面加以总结归纳。

[夯实基础]

一、实验室模拟炼铁

1. 实验仪器：铁架台（带铁夹）、硬质玻璃管、酒精灯、酒精喷灯、试管等。

2. 实验药品：一氧化碳、氧化铁、澄清石灰水等。

3. 实验原理：在高温条件下，用还原剂一氧化碳将铁的氧化物（如Fe2O3）中的铁还原出来。化学方程式为：Fe2O3+3CO [    高温    ] 2Fe+3CO2。

4. 实验装置：如图1所示。

5. 实验步骤：

（1）检查装置的气密性;

（2）将氧化铁粉末装入硬质玻璃管中央后，将硬质玻璃管固定在铁架台上;

（3）点燃右端的酒精灯;

（4）向硬质玻璃管中通入一氧化碳;

（5）点燃酒精喷灯，加热装有氧化铁的硬质玻璃管;

（6）熄灭酒精喷灯，停止加热;

（7）停止通入一氧化碳;

（8）熄灭右端的酒精灯。

6. 实验现象：硬质玻璃管中的红棕色粉末逐渐变为黑色，试管中的澄清石灰水变浑浊，玻璃导管尖嘴处产生蓝色火焰。

7. 注意事项：

（1）实验开始时要先通入一氧化碳，再点燃酒精喷灯，以排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸。

（2）实验结束时，应先停止加热，并继续通一氧化碳直至装置冷却，以防止生成的铁又被空气中的氧气氧化;同时防止试管中的澄清石灰水倒吸进入灼热的硬质玻璃管内，使硬质玻璃管炸裂。

（3）一氧化碳有毒，不能直接排放到空气中，否则会污染空气，因此装置中必须有尾气处理装置。尾气处理可用收集法（用气球或排水法收集尾气）或燃烧法（将尾气点燃烧掉或用于加热氧化铁）。

二、工业高炉炼铁

1. 设备：高炉。

2. 原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气。

3. 原理：在高温条件下，用还原剂一氧化碳将铁从铁矿石中还原出来。高炉内有关反应的化学方程式为：C + O2 [    高温    ] CO2， C + CO2 [    高溫    ] 2CO，Fe2O3+3CO [    高温    ] 2Fe+3CO2。

[实验拓展]

实验室模拟炼铁实验的改进

1. 改进装置（图2）：

<E：＼MXJ＼2021PB＼CZ21-25 初中生12期 中考版＼12期 中考版 内文图片＼21年12期化学第4篇：铁的冶炼实验-赵培龙-2C86＼image4.jpeg>[甲酸][4mL 98%浓硫酸][80 ℃

热水][氧化铁][澄清石灰水][标记

位置][W形管]

图2

2. 实验步骤：

（1）检查装置气密性。如图2所示，连接仪器并添加药品，挤压胶头滴管的胶帽，若观察到集气瓶内的两根导管出现稳定的液面差（左低右高），则装置气密性良好。

（2）水浴加热。对W形管前端的浓硫酸进行80 ℃水浴加热。

（3）取下胶头滴管，吸取3 mL甲酸后连接于装置中。轻轻挤压滴管的胶帽，将甲酸逐滴滴加到浓硫酸中。

（4）当集气瓶内液面下降到标记位置时，点燃酒精灯，先预热，再固定位置集中加热。

（5）当红棕色粉末全部变黑且澄清石灰水变浑浊时，继续加热2～3分钟，而后熄灭酒精灯。

（6）用磁铁吸引管内黑色粉末，多余的尾气用集气瓶收集。

（7）后续处理：实验结束后，取下集气瓶，拿到安全之处，在老师的帮助下，拔掉双孔塞，立即点燃尾气。拆开其余实验装置，清洗并整理实验用品。

3. 改进优点：（1）甲酸在浓硫酸的催化下反应生成一氧化碳和水，所以本实验无须提前储存一氧化碳;（2）加入防倒吸装置，提升实验安全系数;（3）W形管还可应用于其他化学实验的改进中。

[实战演练]

（2021·四川·广安）利用图3所示实验装置模拟工业炼铁，下列说法正确的是（ ）。

A. 反应前后Fe元素的化合价由+2价变为0价

B. 充分加热，a处固体由黑色变为红色

C. b处可以用澄清石灰水检验生成的CO2

D. 可用水吸收尾气中的CO

解析：反应前氧化铁中Fe元素的化合价是+3价，反应后铁中Fe元素的化合价是0价，A错误;氧化铁是红棕色固体，铁是黑色固体，充分加热，a处现象是固体由红棕色变为黑色，B错误;可以用澄清石灰水检验生成的CO2，C正确;CO难溶于水，不能用水吸收尾气CO，尾气处理可用收集法或燃烧法，D错误。答案：C。