在初中化学中,炼铁的课题有着相当多的涉及考点,今日特此详述。
一、铁的化学性质
铁,作为我们日常生活中最常见的金属之一,其化学性质在金属中显得尤为特殊。当铁单质在溶液中发生置换反应时,会生成二价的亚铁离子;而当其与氧气反应时,会缓慢生成Fe₂O₃,若在氧气中燃烧则生成Fe₃O₄。
二、炼铁的化学原理
炼铁的原理主要是利用一氧化碳还原氧化铁。其化学反应方程式为:Fe2O3+3CO高温条件=2Fe+3CO2。这个方程式在考试中常有所见,希望大家能够牢记(包括配平)。之所以后面的二氧化碳不带向上箭头,是因为反应物中也有气体一氧化碳。
三、炼铁的实验细节
实验室中进行一氧化碳还原氧化铁的实验时,装置构造相对复杂。装置尾部的酒精灯用于处理尾气中的一氧化碳,以避免污染空气。需注意,不能使用点燃的方法来处理尾气。实验结束后,应先撤去喷灯再停止一氧化碳的供应,以防铁被空气重新氧化和石灰水回流。还需撤去装置末尾用于处理一氧化碳气体的酒精灯。
四、工业炼铁的反应与安全
在工业炼铁过程中,涉及到的化学反应众多。其中包括了还原反应和一系列的高温反应。例如,炉渣的形成就是由CaCO3在高温下分解以及CaO与SiO2的反应而来。
炼铁过程中的安全问题也与化学知识紧密相连。例如,煤气中毒在炼铁厂尤为严重,因为一氧化碳是重要的原料,一旦泄漏会造员中毒。关于为何不直接使用碳进行还原,而要制成一氧化碳,这是因为碳和矿石粉都是固体,不易进行反应(最佳的反应条件是其中一种是液态或气态)。
再如,喷吹烟煤粉时可能发生粉尘。为预防此类,需控制磨煤机的温度和磨煤机与收粉器中空气的氧含量。这是因为与氧气混合达到一定比例后,遇到明火或高温就会发生燃烧性。
铁水、熔渣遇水也可能发生,这是因为水在高温下会迅速汽化,体积迅速膨胀,从而引发物理性,类似于锅炉。还有高炉煤气与空气混合也可能发生,其威力巨大。煤气主要成分是一氧化碳和氢气,都是可燃性气体,与氧气混合后形成燃烧性气体。