怎样讲解在鼓风炉中提炼铁

铁是在鼓风炉里从铁矿中提炼出来的。这道题目考得很勤，所以与其把它当成一堆零散的方程式，不如学成一个简短而整齐的故事。

只要你能说出原料、把反应按正确顺序排好、解释石灰石在做什么，并指出哪种物质被氧化、哪种被还原，你几乎就拿下了所有分数。这个题目属于工业制成物质，也是考官的宠儿，因为它一次把活性顺序、氧化还原和工业推理都串在了一起。

四种原料

只有四样东西被加进炉里，你应当能说出每一样连同它的化学身份：

• 铁矿，通常是赤铁矿，也就是铁(III)氧化物，Fe₂O₃。这是铁的来源。
• 焦炭，几乎纯粹的碳，C。它既是燃料，也间接地是还原剂。
• 石灰石，碳酸钙，CaCO₃。它用来除去含沙的杂质。
• 热空气，从炉底附近鼓入。它为焦炭的燃烧提供氧气。

把铁矿说成铁(III)氧化物、把石灰石说成碳酸钙，本身往往就值一分，所以当题目问原料是什么时，千万别只写「铁矿」和「石灰石」。

按发生顺序排列的反应

把炉子从下往上想。故事分四步走。

第一步，焦炭燃烧。 在炉底附近，焦炭与热空气里的氧气反应。

这一步放热极强，把炉温加热到远超 1000 °C：

C + O₂ → CO₂

第二步，二氧化碳转成一氧化碳。 热的二氧化碳上升时，遇到更多炽热的焦炭，被还原成一氧化碳：

CO₂ + C → 2CO

一氧化碳才是真正干活的那一位，所以这一步很关键。

第三步，氧化铁被还原。 一氧化碳把铁(III)氧化物还原成熔融的铁，铁滴落下来，聚集在炉底：

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

这一条方程式是整个过程的核心，碳（一氧化碳）还原金属氧化物。总体的道理可以看我们的碳还原金属氧化物这一页。

在最炽热的部位，也有少量氧化铁被碳直接还原，但一氧化碳这条路才是主路，也是该写进答案的那一条。

石灰石到底是干什么的

铁矿从不纯净，它混着沙，也就是二氧化硅，SiO₂。石灰石分两步来处理它。

首先，高温把石灰石分解：

CaCO₃ → CaO + CO₂

接着，氧化钙（碱性氧化物）与二氧化硅（酸性杂质）反应，生成硅酸钙：

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

硅酸钙叫做炉渣（slag）。它在炉温下是熔融的，而且比铁密度小，所以浮在熔融铁的上面。

这两种液体分开放出，铁从最底部，炉渣从它上方一点。若你能解释石灰石以炉渣的形式除去二氧化硅，你就掌握了大多数学生漏掉的那部分答案。

为什么用碳来炼铁

一个常见的追问是：为什么用碳来提炼铁，而不用别的方法？答案在活性顺序里。

铁在活性顺序中位于碳的下方，所以碳的活性足以把氧从氧化铁里夺走，把它还原成金属。碳又便宜、又容易取得，这就是这套方法能在工业上大规模使用的原因。

比碳更活泼的金属，例如铝，不能这样提炼，它们得改用电解。把这个简短的对比说出来，说明你懂得选择方法背后的道理，而不只是背下步骤。

考官偏爱的氧化还原角度

鼓风炉题目常常以「哪种物质被氧化、哪种被还原？」收尾。

就用氧的得失来答：

• 铁(III)氧化物被还原，它失去氧变成铁。
• 一氧化碳被氧化，它得到氧变成二氧化碳，所以它是还原剂。

这正是氧化还原与平衡里「失氧得氧」的定义，而说出还原剂（一氧化碳）往往就是把满分答案和差一点满分答案区分开来的那一分。

怎样组织你的考试答案

1. 说出四种原料连同它们的化学身份。
2. 按顺序给出反应：焦炭燃烧、CO₂ 变 CO、然后 CO 还原 Fe₂O₃。
3. 解释石灰石：它分解成 CaO，CaO 与 SiO₂ 反应生成炉渣。
4. 说明熔融铁聚在炉底、炉渣浮在上面，两者分别放出。
5. 指认氧化还原：铁(III)氧化物被还原，一氧化碳被氧化（还原剂）。

照这个顺序写，什么都不会漏。炼铁这道题看重那些能把方程式按次序讲成故事的学生，而这种排序，老师可以在一次专注的课里陪你练熟。

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