生铁

知识要点

1、了解生铁和钢的主要成分，机械性能和用途。

2、常识性介绍几种常见的金属及合金的应用。

3、掌握含杂质物质的化学方程式的计算方法。

知识重点和难点：

从化学方程式的实质意义上理解含杂质物质的化学方程式计算的方法。

内容详解

一、合金的概念

合金是由一种金属跟其它一种或几种金属（或金属跟非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。

在理解概念时要弄清两点：一是“熔合而成”的“熔合”不是机械的混合，随金属种类不同，其合金的性质不同，一般来说，硬度变大，熔点降低、而耐腐蚀性能增强，其改变的程度也随成分的改变而定；二是具有“金属性”如光泽、延展性等。

二、常见金属

1、铁：纯铁很软，不宜用来制造机械和其它用品，我们平时使用最多的是铁的合金。

（1）生铁：含碳2%~4.3%之间的铁合金。生铁中除含有碳以外，还含有硅、锰和少量硫、磷等。

①生铁一般可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁等。

白口铁，断口呈银白色，硬且脆，不宜进行铸造和机械加工，主要用于炼钢，又称炼钢生铁。

灰口铁，断口呈深灰色，具有较好的机械加工和铸造性能，但强度较差，不能锻轧，常用来制造化工机械和铸件等。

球墨铸铁中的碳呈球形，具有很高的机械强度。可用于铸造业。

②生铁的冶炼

用天然的铁矿石如磁铁矿（主要成分为Fe3O4）、赤铁矿（主要成分为Fe2O3）和菱铁矿（主要成分为FeCO3）为原料在高温下与CO发生反应而得到铁。

例：

（2）钢：含碳0.03%~2%之间的铁合金，较硬，具有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造。

钢可大致分为碳素钢和合金钢两大类：

含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韧性越好。

②合金钢

钢的冶炼：在高温下，用氧气或铁的氧化物把生铁中含有的过量的碳和其它杂质转化为气体或炉渣除去。

炼铁和炼钢都是冶炼，原理不同，其区别为：炼铁是在高温条件下用还原剂CO从铁的氧化物中，将铁还原出来；炼钢是在高温条件下用氧气或铁的氧化物把生铁中所含过量的碳和其它杂质转为气体和炉渣除去。

2、铝

（1）物理性质：具有银白色金属光泽，密度较小，熔、沸点较低，具有良好的延展性、导电、导热性。

（2）铝的化学性质很活泼

①在空气中易氧化生成Al2O3，氧化铝在一定条件下会转化为致密的氧化膜，可阻止铝的进一步氧化，并对冷的浓硫酸、浓硝酸有耐腐蚀性能。

②可以跟盐酸和稀硫酸反应生成氢气。

③在高温下还原性很强，可用来冶炼高熔点金属。

（3）铝合金是应用非常广泛的一种合金。

3、铜

（1）物理性质：铜具有紫红色金属光泽，质软，具有良好的延展性和导电、导热性。

（2）铜在干燥的空气中化学性质不活泼，在潮湿的空气中，表面可生成Cu2(OH)2CO3（碱式碳酸铜，又称铜绿）。

（3）铜在工业、国防、化工等领域中有重要用途。

4、锌

（1）锌具有青白色金属光泽，熔、沸点较低。

（2）锌在空气中比较稳定，能在表面形成一层致密的氧化物薄膜。

（3）锌主要用于电镀、制造铜合金和干电池。

5、钛

（1）钛具有银白色金属光泽，密度较小，熔、沸点较高，具有良好的延展性。

（2）钛具有耐腐蚀性，与各种浓度的硝酸、稀H2SO4、各种弱碱的作用非常缓慢，可溶于盐酸、浓硫酸和氢氟酸。

（3）钛和钛的合金应用于航天、造船和化工领域，被称为“21世纪金属”和“太空金属”。

三、有关含杂质物质利用化学方程方程式的计算

例1．用2000吨含氧化铁80%的赤铁矿，最多可炼出多少吨铁？

解：设炼出铁的质量为x

x=1120吨

答：最多可炼出1120吨铁。

例2．现要炼出224吨纯铁，需购入多少吨含杂质30%的磁铁矿作为原料？

解：设需Fe3O4的质量为x

x=309.3吨

309.3吨÷（1-30%）=441.9吨

答：需购入含杂质30%的磁铁矿441.9吨。

例题分析

[例1]生铁和钢的主要区别是（）

（A）钢是铁的合金，而生铁是纯铁（B）含碳量不同（C）钢含碳而生铁不含碳（D）生铁含碳而钢不含碳

提示：生铁和钢的主要区别，首要的是考虑它们的组成成分，其次考虑特性。

参考答案：B

说明：本题关于生铁和钢的主要区别四个选项都是有关成分的叙述。生铁和钢的主要成分是铁，它们都是铁的合金，都含有少量的碳、硅和锰，但生铁中含碳量比钢中的含碳量大，故而答案应选B。

[例2]铁与钢是同一种物质吗？

提示：钢与铁是否为同一物质，首先要从它们的组成成分上看，如：它们的组成成分是否含有铁元素，及其它元素，含量如何。其次可以从它们的性质是否相同去判断，例如：机械性能是否相同。

参考答案：生铁与钢的对比

从表中分析可知，铁与钢是两种不同的物质，虽然主要组成成分相同都为铁元素，但所含的碳的量不同，引起了机械性能的很大差异。

说明：

生铁和钢的组成成分不完全相同，生铁的含碳量高，它的性能是硬而脆，无韧性，常见的铁锅、火炉、机床底座等是生铁，而钢是坚硬、韧性大，常见的锯条、小刀、铁轨等是钢。这些都可以说明钢与铁不是同一种物质。

[练一练]

1．某生铁样品放入足量稀H2SO4中完全反应后，有0.2克固体物质剩余，放出的氢气质量为0.2克，求原生铁样品中铁的质量分数。

2．某钢样1.1克在纯氧中完全燃烧，得到0.013克CO2，求此钢样中碳的质量分数。

3．下列叙述中正确的是( )

A．生铁只含铁元素

B．生铁柔软，铜易碎

C．不锈钢不含铁元素

D．铝合金质轻而坚韧，用做制造飞机及生活用品等

4．生铁和钢都是铁的合金，它们的性能不同，用途也不同，在你所知道的制品中________由铁制成________由钢制成(各举一例)

5．商店出售的菜刀等铁制品表面常涂抹一层机油，并用油纸将其包裹，其目的是什么?

6．相同质量的下列物质与足量的CO反应，理论上得到铁的质量最多的是_______(填序号)①Fe2O3②FeO③Fe3O4

7．在两个烧杯中分别都盛有硫酸铜、硝酸银，向两个烧杯中分别投入一块质量相同的铁片，随着反应：则两杯中铁片(包括附着的金属)质量与反应时间的关系如图所示，A、B 两条直线，A线表示插入______溶液里的铁片情况，B线表示铁片插入_______溶液情况。

8．取某钢样品m g，置于氧气流中充分灼烧，可得到n mg二氧化碳，计算钢样品中碳元素的质量分数的正确算式是（）