9.1 金属的冶炼方法-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题8 金属与人类文明 第一单元 金属的冶炼方法 第1课时 金属的冶炼方法 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．认识化学方法在实现物质间转化的作用，体会保护金属资源的重要性。 2．掌握金属冶炼的一般原理，了解适用于不同金属的冶炼方法。 3．掌握铝热反应原理及实验步骤。 重难点：铁的冶炼；铝热反应。 一、金属的存在形式 1．金属的存在形式 (1)金属材料既有良好的_______性，坚固耐用，而且还有_______、导热等诸多优良性能。 (2)大量的金属元素存在于地壳的_______中，地壳中的大部分金属元素都是以_______形式存在的。如铁元素存在于赤铁矿(主要成分为_______)中，铝元素存在于铝土矿(主要成分为_______)中。 (3)在自然界中，只有少量的金属元素以_______形式存在于地壳中，如_______和_______等。 (4)除了地壳外，还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠、镁、锰等。 2．金属的存在形式与其活动性的关系 (1)活动性较_____的金属，在自然界以各种各样的_______存在。 (2)活动性较_____的金属，有可能以_______形式存在。 (3)有的金属元素存在形式既有_______又有_______，如铁元素有_______ (主要存在于_______中)、_________和硫酸盐等存在形式；银元素有_______、辉银矿(Ag2S)、碲银矿(Ag2Te)等存在形式。 【交流讨论】 下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。 (1)新石器中期，在我国的河北和甘肃等地就已用自然铜来打制铜器，俄罗斯和意大利都有自然铜的矿产地。但很少听闻关于自然铁(单质铁)矿产的报道。为什么？ (2)根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？ (3)找出你熟悉的2～3种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关的化学方程式。 二、金属的冶炼 1．金属的冶炼 (1)利用______________使金属元素从_______变为_______的过程称为金属的冶炼。 (2)工业上常用的金属冶炼方法有______________、______________、______________等。 2．电解熔融法 适合冶炼金属活动性_______的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。 工业上冶炼金属钠的方程式为___________________________________。 工业上冶炼金属镁的方程式为___________________________________。 3．高温还原法 用还原剂还原金属化合物，适合冶炼金属活动性顺序表中_________之间的大多数金属。常用的还原剂有___________________________________。 CuO与CO反应的化学方程式为___________________________________。 ZnO与焦炭反应的化学方程式为___________________________________。 4．热分解法 不活泼的金属，可以采用热分解法进行冶炼 热分解Ag2O制取Ag：____________________________。 热分解HgO制取Hg：____________________________。 5．铁的冶炼——高炉炼铁 (1)原料：____________________________。 (2)设备：______________。 (3)冶炼过程（以赤铁矿为原料）： ①焦炭与空气反应，提供热量：_____________________（写化学方程式）。 ②制取还原剂CO：_____________________（写化学方程式）。 ③CO还原Fe2O3：___________________________________（写化学方程式）。 (4)焦炭的作用：_________________________________________________。 (5)石灰石的作用是将铁矿石中的_______形成炉渣除去，反应方程式为： __________________________________、____________________________________。 三、铝热反应 铝的提取 1．铝热反应 (1)铝热反应实验 实验装置： 实验现象：①镁条__________________________________________，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗___________________________________ 实验结论：高温下，铝与氧化铁发生反应，放出__________，反应的化学方程式： ___________________________________ (2)概念 ①铝热反应是指工业上用_______来还原一些__________(如V2O5、Cr2O3、MnO2等)得到金属_______的一类反应。 ②铝热剂：_______与某些难熔的______________ (如Fe2O3等)以一定比例形成的混合物。 (3)应用 ①冶炼____________、活动性_______于Al的金属，如钒、铬、锰等； ②金属焊接，如__________等。 2．从铝土矿中提取铝的工艺 有关反应的化学方程式： ①碱溶：_________________________________________________； ②酸化：_________________________________________________； ③灼烧：___________________________________； ④电解：___________________________________。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)由于铁性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质(　　) (2)金属元素主要存在于地壳的矿石中，海洋中几乎没有金属元素(　　) (3)由于银的活动性较弱，在自然界中，只有游离态的自然银没有化合态的银矿石(　　) (4)铝的活动性较强，所以铝被人类开发利用的年限较早(　　) (5)金属铜是人类使用和开发比较早的金属之一(　　) (6)化合态的金属元素被还原时，一定得到相应的金属单质(　　) (7)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼(　　) (8)Al与MgO也能发生铝热反应(　　) 2．请写出冶炼下列金属的化学方程式。 (1)加热氧化汞可以得到单质汞，同时生成氧气：_____________________________________。 (2)在高温下，一氧化碳与氧化铁反应可以制得金属铁：___________________________。 (3)湿法炼铜(将铁加入硫酸铜溶液中)：______________________________________________。 (4)电解熔融氯化钠制得金属钠：_________________________________________________。 3．如图所示进行铝热反应： 观察发生的现象，回答下列问题： (1)写出该反应的化学方程式：_______________________，在该反应中______是氧化剂，______是还原剂。 (2)某同学为研究该实验，查阅有关资料得到如下数据： 物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔点/℃ 660 2 054 1 535 1 462 沸点/℃ 2 467 2 980 2 750 — ①该同学推测，铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。 ②设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用的试剂是________，反应的离子方程式为__________________________。 4．金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。 (1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。 a．Fe2O3 b．NaCl c．Cu2S d．Al2O3 (2)辉铜矿(Cu2S)可用于火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2，该反应的氧化剂是________，当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为________mol。 (3)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。 a．KCl b．KClO3 c．MnO2 d．Mg 书写出铝热反应的化学方程式：_______________________________。 (4)反应TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti在氩气中进行的理由是________________________。 ►问题一 金属的存在形式 【典例1】下列元素中，在自然界只以化合态形式存在的是(　　) A．氮元素 B．铁元素 C．硫元素 D．钠元素 【变式1-1】下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是(　　) A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝 B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中 C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中 D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在 【变式1-2】下列叙述正确的是(　　) A．所有金属元素都只存在于地壳中 B．铁元素主要以化合态存在于自然界 C．常温下所有的金属都是固态 D．金属元素大多数以游离态存在于自然界 ►问题二 金属的冶炼 【典例2】《天工开物》中如下描述“共煅五个时辰，其中砂末尽化为汞，布于满釜”。下列金属的冶炼方法与此相同的是(　　) A．钠 B．铝 C．银 D．铁 【解题必备】 (1)金属的冶炼方法与金属活动性的关系： (2)在工业上还有一种冶炼方法叫作湿法冶金，即利用活泼金属把不活泼金属从它的盐溶液中置换出来。例如：CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。 【变式2-1】下列有关高炉炼铁的说法正确的是(　　) A．还原氧化铁的还原剂是焦炭 B．采用富氧空气可以得到纯铁 C．加入的石灰石只会产生炉渣无其他作用 D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿 【变式2-2】下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　) A．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活动性决定 B．铜的湿法冶炼是将金属钠投入到CuSO4溶液中，从而置换出铜 C．铁通常采用高温还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳 D．用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液可制得金属钠 ►问题三 铝热反应 【典例3】下列氧化物中不能与铝粉发生铝热反应的是(　　) A．V2O5 B．Cr2O3 C．MnO2 D．Na2O 【解题必备】 (1)铝热反应的本质：利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来： 2mAl＋3MnOmmAl2O3＋3nM。 (2)反应特点：在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。 (3)铝热剂 ①在铝热反应中，反应混合物(铝粉、金属氧化物)称为铝热剂。 ②能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。 (4)镁条、KClO3的作用是引燃、助燃作用。 【变式3-1】铝热反应(2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe)的实验装置如图所示，有关该反应的下列说法正确的是(　　) A．a为镁条 B．b为氧化铁与铝粉的混合物 C．2 mol氧化剂参与反应转移电子的数目为6NA D．还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2 【变式3-2】某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应，它可用于某些金属的冶炼。下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是(　　) 1．冶炼是一种提炼技术，是指用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来；减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分，炼成所需要的金属。下列说法正确的是(　　) A．加热HgO制取Hg B．电解熔融氯化铝制取铝 C．电解饱和食盐水来制取金属钠 D．能利用铝热反应制取镁 2．下列说法正确的是(　　) A．金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来 B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂 C．金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化 D．金属单质被发现和利用得越早，其在地壳中的含量越大 3．下表中金属冶炼的原理与方法错误的是(　　) 选项 冶炼原理 方法 A 2HgO2Hg＋O2↑ 热分解法 B 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 电解法 C Cu2S＋O22Cu＋SO2 热分解法 D Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 高温还原法 4．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。它们的冶炼方法对应不正确的是(　　) A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—② C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④ 5．高铁钢轨全部为无缝钢轨，钢轨焊接可以采用铝热法，其原理如图所示。下列关于铝热法炼铁的叙述错误的是(　　) A．铝热法炼铁的原理是Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 B．该实验需要关注的安全事项是纸漏斗与盛沙子的蒸发皿的距离不要太高，否则熔融的铁水易溅出伤人 C．点燃镁条，镁条剧烈燃烧，放出大量的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高的温度下发生剧烈的反应 D．Fe2O3和Al粉的质量比要控制在2∶1左右，且要混合均匀，以保证Fe2O3和Al都能完全反应 6．生物炼铜是利用某些具有特殊本领的微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的CuS转化为可溶性的铜的化合物，这种可溶性的铜的化合物是(　　) A．碳酸铜 B．硝酸铜 C．硫酸铜 D．氢氧化铜 7．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用来冶炼钛，主要有以下五个反应： ①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4 ③H2TiO3TiO2＋H2O ④TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO ⑤TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti 针对以上五个反应，下列叙述错误的是(　　) A．反应①是非氧化还原反应 B．反应②生成了两种酸 C．反应④中的TiO2是氧化剂 D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强 8．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　) A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制 B．炼铁是采用氧化剂将铁从其化合物中氧化出来的方法 C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取其金属单质 D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳 9．炼铁时，加入石灰石的作用是(　　) A．石灰石能降低氧化铁的熔点 B．石灰石能改变生铁的性能 C．石灰石能促进氧化铁的还原 D．石灰石用于除去铁矿石中的二氧化硅 10．Ⅰ．某地产孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3。 (1)试写出该孔雀石高温分解的化学方程式：__________________________。 (2)试以（1）中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方式制取金属铜。供选择的试剂有：①木炭，②铁屑，③生石灰，④稀硫酸，不得另选其他试剂，写出反应的化学方程式。 A．湿法冶炼：__________________________________(可不填满，也可补充，下同)。 B．高温冶炼：________________________________。 Ⅱ．古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子，冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热到800℃，得金光闪闪的“药金”。药金的主要成分是Cu和Zn的合金。 (3)写出有关冶炼的化学方程式___________________________________________________________。 1．用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到60 g沉淀，则该氧化物是(　　) A．FeO B．Fe2O3 C．CuO D．Cu2O 2．火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2焙烧,Cu2S＋2FeS＋SO2，下列说法正确的是(　　) A．SO2只是氧化产物 B．CuFeS2只是还原剂，硫元素被氧化 C．每生成1 mol Cu2S，有4 mol硫被氧化 D．每转移1.2 mol电子，有0.2 mol硫被氧化 3．铝是一种很重要的金属，可以发生一系列反应制备物质，如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．反应①又称铝热反应，可用于野外焊接铁轨 B．反应②、③都有氢气生成，产生等量的氢气时转移的电子数相等 C．常用反应⑥制备Al(OH)3，方法是向Al2(SO4)3溶液中滴加足量的NaOH溶液 D．工业上用反应⑦制备铝时，常加入冰晶石以降低氧化铝的熔融温度 4．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用来冶炼钛，主要有以下五个反应： ①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4 ③H2TiO3TiO2＋H2O ④TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO ⑤TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti 针对以上五个反应，下列叙述错误的是(　　) A．反应①是非氧化还原反应 B．反应②生成了两种酸 C．反应④中的TiO2是氧化剂 D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强 5．铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量杂质，杂质不溶于NaOH溶液)是提取氧化铝的原料。提取氧化铝的工艺流程如下： (1)请用离子方程式表示以上工艺流程中第①步反应：_________________________________。 (2)写出以上工艺流程中第③步反应的化学方程式：__________________________________。 (3)步骤④所需进行的实验操作是__________________________________________________。 (4)金属铝与氧化铁混合在高温下会发生剧烈的反应。该反应的化学方程式为_________________________。请举一例该反应的用途：__________________。 (5)电解熔融氧化铝制取金属铝，若有0.6 mol电子发生转移。理论上能得到金属铝的质量是____________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题8 金属与人类文明 第一单元 金属的冶炼方法 第1课时 金属的冶炼方法 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．认识化学方法在实现物质间转化的作用，体会保护金属资源的重要性。 2．掌握金属冶炼的一般原理，了解适用于不同金属的冶炼方法。 3．掌握铝热反应原理及实验步骤。 重难点：铁的冶炼；铝热反应。 一、金属的存在形式 1．金属的存在形式 (1)金属材料既有良好的可塑性，坚固耐用，而且还有导电、导热等诸多优良性能。 (2)大量的金属元素存在于地壳的矿石中，地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存在的。如铁元素存在于赤铁矿(主要成分为Fe2O3)中，铝元素存在于铝土矿(主要成分为Al2O3)中。 (3)在自然界中，只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中，如自然金和自然银等。 (4)除了地壳外，还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠、镁、锰等。 2．金属的存在形式与其活动性的关系 (1)活动性较强的金属，在自然界以各种各样的化合态存在。 (2)活动性较弱的金属，有可能以游离态形式存在。 (3)有的金属元素存在形式既有游离态又有化合态，如铁元素有单质(主要存在于陨石中)、氧化物和硫酸盐等存在形式；银元素有自然银、辉银矿(Ag2S)、碲银矿(Ag2Te)等存在形式。 【交流讨论】 下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。 (1)新石器中期，在我国的河北和甘肃等地就已用自然铜来打制铜器，俄罗斯和意大利都有自然铜的矿产地。但很少听闻关于自然铁(单质铁)矿产的报道。为什么？ 提示　铁的金属活动性比铜强，自然铁主要存在于陨石中。 (2)根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？ 提示　金属的活动性越弱，人类开发、利用它的时间越早；金属的活动性越强，人类开发、利用它的时间越晚。 (3)找出你熟悉的2～3种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关的化学方程式。 提示　金属Na、Mg 二、金属的冶炼 1．金属的冶炼 (1)利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程称为金属的冶炼。 (2)工业上常用的金属冶炼方法有热分解法、高温还原法、电解法等。 2．电解熔融法 适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。 工业上冶炼金属钠的方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 工业上冶炼金属镁的方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 3．高温还原法 用还原剂还原金属化合物，适合冶炼金属活动性顺序表中锌到铜之间的大多数金属。常用的还原剂有CO、H2、C和活泼金属。 CuO与CO反应的化学方程式为CuO+H2Cu+H2O。 ZnO与焦炭反应的化学方程式为2ZnO+C2Zn+CO2↑。 4．热分解法 不活泼的金属，可以采用热分解法进行冶炼 热分解Ag2O制取Ag：2Ag2O4Ag+O2↑。 热分解HgO制取Hg：2HgO2Hg+O2↑。 5．铁的冶炼——高炉炼铁 (1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。 (2)设备：炼铁高炉。 (3)冶炼过程（以赤铁矿为原料）： ①焦炭与空气反应，提供热量：C＋O2CO2（写化学方程式）。 ②制取还原剂CO：C＋CO22CO（写化学方程式）。 ③CO还原Fe2O3 ：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2（写化学方程式）。 (4)焦炭的作用：提供热量、制取还原剂CO、作为生铁的成分。 (5)石灰石的作用是将铁矿石中的SiO2形成炉渣除去，反应方程式为： CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2CaSiO3。 三、铝热反应 铝的提取 1．铝热反应 (1)铝热反应实验 实验装置： 实验现象：①镁条剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗下部被烧穿，有熔融物落入沙中 实验结论：高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 (2)概念 ①铝热反应是指工业上用铝粉来还原一些金属氧化物(如V2O5、Cr2O3、MnO2等)得到金属单质的一类反应。 ②铝热剂：铝粉与某些难熔的金属氧化物(如Fe2O3等)以一定比例形成的混合物。 (3)应用 ①冶炼熔点较高、活动性弱于Al的金属，如钒、铬、锰等； ②金属焊接，如焊接钢轨等。 2．从铝土矿中提取铝的工艺 有关反应的化学方程式： ①碱溶：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O； ②酸化：NaAlO2＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3； ③灼烧：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O； ④电解：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)由于铁性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质(　　) (2)金属元素主要存在于地壳的矿石中，海洋中几乎没有金属元素(　　) (3)由于银的活动性较弱，在自然界中，只有游离态的自然银没有化合态的银矿石(　　) (4)铝的活动性较强，所以铝被人类开发利用的年限较早(　　) (5)金属铜是人类使用和开发比较早的金属之一(　　) (6)化合态的金属元素被还原时，一定得到相应的金属单质(　　) (7)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼(　　) (8)Al与MgO也能发生铝热反应(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ (6)×　(7)×　(8)× 2．请写出冶炼下列金属的化学方程式。 (1)加热氧化汞可以得到单质汞，同时生成氧气：_____________________________________。 (2)在高温下，一氧化碳与氧化铁反应可以制得金属铁：___________________________。 (3)湿法炼铜(将铁加入硫酸铜溶液中)：______________________________________________。 (4)电解熔融氯化钠制得金属钠：_________________________________________________。 答案　(1)2HgO2Hg＋O2↑ (2)3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 (3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu (4)2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 3．如图所示进行铝热反应： 观察发生的现象，回答下列问题： (1)写出该反应的化学方程式：_______________________，在该反应中______是氧化剂，______是还原剂。 (2)某同学为研究该实验，查阅有关资料得到如下数据： 物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔点/℃ 660 2 054 1 535 1 462 沸点/℃ 2 467 2 980 2 750 — ①该同学推测，铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。 ②设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用的试剂是________，反应的离子方程式为__________________________。 答案　(1)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3　Fe2O3　Al　(2)①合理　②氢氧化钠溶液　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 解析　(1)铝热反应为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。 (2)根据提供的铁和铝的熔点可知，该同学的推测合理。利用铝能与强碱反应而铁不与强碱反应的特性，可以检验熔融物中是否含有铝。 4．金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。 (1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。 a．Fe2O3 b．NaCl c．Cu2S d．Al2O3 (2)辉铜矿(Cu2S)可用于火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2，该反应的氧化剂是________，当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为________mol。 (3)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。 a．KCl b．KClO3 c．MnO2 d．Mg 书写出铝热反应的化学方程式：_______________________________。 (4)反应TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti在氩气中进行的理由是________________________。 答案 (1)bd　(2)Cu2S和O2　6　(3)bd　2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe　(4)防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气(或氮气、二氧化碳)作用 解析 (1)活泼金属采用电解法冶炼，钠、铝都是活泼金属，采用电解熔融态NaCl、Al2O3的方法冶炼。(2)在该反应中，Cu元素化合价由＋1降低到0，S元素由－2升高到＋4，O元素化合价由0降低到－2，所以Cu2S既作还原剂又作氧化剂，O2为氧化剂；氧化还原反应中得失电子数相等，所以当有1 mol O2参与反应时得到4 mol电子，同时Cu2S也得到2 mol电子，则还原剂所失电子的物质的量为6 mol。(3)铝热反应需要引发剂引发高温反应，镁条在空气中可以燃烧，氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时，氯酸钾则是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应，铝热反应的方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。(4)Mg和Ti都有较强还原性，在高温下都易被空气中的O2氧化，镁和二氧化碳反应生成氧化镁和碳，镁和氮气反应生成氮化镁，所以反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti需在氩气中进行。 ►问题一 金属的存在形式 【典例1】下列元素中，在自然界只以化合态形式存在的是(　　) A．氮元素 B．铁元素 C．硫元素 D．钠元素 答案　D 解析　自然界中存在游离态的氮元素，如氮气，故不选A；自然界中存在游离态的铁元素，如从陨石中能找到游离态的铁，故不选B；自然界中存在游离态的硫元素，如硫黄，故不选C；钠元素性质活泼，在自然界只能以化合态形式存在，故选D。 【变式1-1】下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是(　　) A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝 B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中 C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中 D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在 答案　A 解析　地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁；金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，铝、铁在自然界中主要以化合态形式存在，金、铂在自然界中以游离态形式存在。 【变式1-2】下列叙述正确的是(　　) A．所有金属元素都只存在于地壳中 B．铁元素主要以化合态存在于自然界 C．常温下所有的金属都是固态 D．金属元素大多数以游离态存在于自然界 答案　B ►问题二 金属的冶炼 【典例2】《天工开物》中如下描述“共煅五个时辰，其中砂末尽化为汞，布于满釜”。下列金属的冶炼方法与此相同的是(　　) A．钠 B．铝 C．银 D．铁 答案　C 解析　由题意知描述的是汞的冶炼，采用的是热分解法，银也是不活泼金属，采用热分解法冶炼。 【解题必备】 (1)金属的冶炼方法与金属活动性的关系： (2)在工业上还有一种冶炼方法叫作湿法冶金，即利用活泼金属把不活泼金属从它的盐溶液中置换出来。例如：CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。 【变式2-1】下列有关高炉炼铁的说法正确的是(　　) A．还原氧化铁的还原剂是焦炭 B．采用富氧空气可以得到纯铁 C．加入的石灰石只会产生炉渣无其他作用 D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿 答案　D 解析　焦炭发生的反应：C＋O2CO2、CO2＋C2CO，其中CO将铁矿石中的铁还原成铁单质，A项错误；高炉炼铁得到的只是含碳量为2%～4.5%的生铁，不会得到纯铁，B项错误；加入石灰石的目的是它在高温下分解生成生石灰，生石灰再与SiO2反应生成CaSiO3炉渣，除去杂质SiO2，C项错误。 【变式2-2】下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　) A．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活动性决定 B．铜的湿法冶炼是将金属钠投入到CuSO4溶液中，从而置换出铜 C．铁通常采用高温还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳 D．用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液可制得金属钠 答案　A 解析　B项，湿法炼铜是用铁置换出铜；C项，炼铁中加入石灰石是为了除去二氧化硅杂质；D项，工业上通过电解熔融的NaCl来制取Na。 ►问题三 铝热反应 【典例3】下列氧化物中不能与铝粉发生铝热反应的是(　　) A．V2O5 B．Cr2O3 C．MnO2 D．Na2O 答案　D 解析　铝热反应的实质为金属单质之间的置换反应，能跟铝粉组成铝热剂的金属氧化物对应的金属活动性应比铝弱。V、Cr、Mn的活动性均弱于Al，V2O5、Cr2O3、MnO2均可与Al发生铝热反应，故A、B、C不选；Na的活动性强于Al，Na2O不能与Al发生铝热反应，故D选。 【解题必备】 (1)铝热反应的本质：利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来： 2mAl＋3MnOmmAl2O3＋3nM。 (2)反应特点：在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。 (3)铝热剂 ①在铝热反应中，反应混合物(铝粉、金属氧化物)称为铝热剂。 ②能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。 (4)镁条、KClO3的作用是引燃、助燃作用。 【变式3-1】铝热反应(2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe)的实验装置如图所示，有关该反应的下列说法正确的是(　　) A．a为镁条 B．b为氧化铁与铝粉的混合物 C．2 mol氧化剂参与反应转移电子的数目为6NA D．还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2 答案　A 解析　a为镁条，起引燃作用，A项正确；b为氯酸钾，B项错误；该反应中的氧化剂是氧化铁，2 mol氧化铁参与反应转移电子的数目为12NA，C项错误；该反应中还原剂是铝，氧化产物是氧化铝，还原剂和氧化产物的物质的量之比为2∶1，D项错误。 【变式3-2】某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应，它可用于某些金属的冶炼。下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是(　　) 答案 B 解析 镁条燃烧放出的热量使金属氧化物粉末和Al粉的温度升高到一定值时，铝热反应开始，铝热反应放出大量的热，又使金属氧化物粉末和Al粉的温度迅速升高，铝热反应速率大幅度增大。 1．冶炼是一种提炼技术，是指用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来；减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分，炼成所需要的金属。下列说法正确的是(　　) A．加热HgO制取Hg B．电解熔融氯化铝制取铝 C．电解饱和食盐水来制取金属钠 D．能利用铝热反应制取镁 答案　A 解析　工业上常用电解熔融的Al2O3、NaCl分别制取铝、钠，Mg活动性比Al强，不能利用铝热反应制取镁，故B、C、D错误。 2．下列说法正确的是(　　) A．金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来 B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂 C．金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化 D．金属单质被发现和利用得越早，其在地壳中的含量越大 答案　A 解析　A项，金属冶炼是将金属化合物转化为金属单质的过程，正确；B项，冶炼金属并不一定要加入还原剂，如电解法制取钠和镁，错误；C项，金属由化合态变为游离态，都是由高价态降低到0价，故一定被还原，错误；D项，金属被发现的早晚与其在地壳中的含量无关，如在地壳的金属元素中铝的含量虽然最大，但被发现的时间却比铁、铜晚得多，错误。 3．下表中金属冶炼的原理与方法错误的是(　　) 选项 冶炼原理 方法 A 2HgO2Hg＋O2↑ 热分解法 B 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 电解法 C Cu2S＋O22Cu＋SO2 热分解法 D Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 高温还原法 答案　C 解析　活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用高温还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag等用热分解法冶炼，故A、B、D三项正确，C项错误。 4．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。它们的冶炼方法对应不正确的是(　　) A．(Ⅰ)—① B．(Ⅱ)—② C．(Ⅲ)—③ D．(Ⅳ)—④ 答案　B 解析　(Ⅰ)火烧孔雀石是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用金属置换法冶炼金属，对应方法③，C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，D正确。 5．高铁钢轨全部为无缝钢轨，钢轨焊接可以采用铝热法，其原理如图所示。下列关于铝热法炼铁的叙述错误的是(　　) A．铝热法炼铁的原理是Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 B．该实验需要关注的安全事项是纸漏斗与盛沙子的蒸发皿的距离不要太高，否则熔融的铁水易溅出伤人 C．点燃镁条，镁条剧烈燃烧，放出大量的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高的温度下发生剧烈的反应 D．Fe2O3和Al粉的质量比要控制在2∶1左右，且要混合均匀，以保证Fe2O3和Al都能完全反应 答案 D 解析：铝热法炼铁的原理是高温下铝把三氧化二铁中的铁置换出来，A项正确；高温熔融物遇到常温下的沙子容易溅出，B项正确；镁条燃烧是剧烈的放热反应，产生的高温可以引发铝热反应，C项正确；由化学方程式可以计算出Fe2O3和Al粉的质量比约为3∶1，D项错误。 6．生物炼铜是利用某些具有特殊本领的微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的CuS转化为可溶性的铜的化合物，这种可溶性的铜的化合物是(　　) A．碳酸铜 B．硝酸铜 C．硫酸铜 D．氢氧化铜 答案　C 解析　生物炼铜是一项成本低、污染小、反应简单、前景广阔的新兴炼铜技术，其利用“吃岩石的细菌”将不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜，而使铜的冶炼变得简单。 7．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用来冶炼钛，主要有以下五个反应： ①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4 ③H2TiO3TiO2＋H2O ④TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO ⑤TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti 针对以上五个反应，下列叙述错误的是(　　) A．反应①是非氧化还原反应 B．反应②生成了两种酸 C．反应④中的TiO2是氧化剂 D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强 答案　C 解析　在反应①中没有元素化合价的变化；反应④中钛元素和氧元素的化合价不变，Cl2是氧化剂；反应⑤中，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。 8．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　) A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制 B．炼铁是采用氧化剂将铁从其化合物中氧化出来的方法 C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取其金属单质 D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳 答案　D 解析　铁用CO还原法炼制，用铝热法炼制成本太高，A错误；炼铁是采用还原剂将铁从其化合物中还原出来的方法，B错误；AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电，工业上用电解熔融Al2O3的方法制取铝，C错误；高炉炼铁中焦炭的作用为与氧气反应产生热量和制造还原剂一氧化碳，D正确。 9．炼铁时，加入石灰石的作用是(　　) A．石灰石能降低氧化铁的熔点 B．石灰石能改变生铁的性能 C．石灰石能促进氧化铁的还原 D．石灰石用于除去铁矿石中的二氧化硅 答案 D 10．Ⅰ．某地产孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3。 (1)试写出该孔雀石高温分解的化学方程式：__________________________。 (2)试以（1）中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方式制取金属铜。供选择的试剂有：①木炭，②铁屑，③生石灰，④稀硫酸，不得另选其他试剂，写出反应的化学方程式。 A．湿法冶炼：__________________________________(可不填满，也可补充，下同)。 B．高温冶炼：________________________________。 Ⅱ．古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子，冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热到800℃，得金光闪闪的“药金”。药金的主要成分是Cu和Zn的合金。 (3)写出有关冶炼的化学方程式___________________________________________________________。 答案：(1)Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O↑＋CO2↑ (2)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O　Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 2CuO＋C2Cu＋CO2↑ (3)Zn、Cu (4)ZnCO3ZnO+CO2↑ 2ZnO+CZn+CO2↑ 2Cu2O+C4Cu+CO2↑ 解析 (1)孔雀石受热发生分解反应[实际上为Cu(OH)2、CuCO3的分解反应]：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O↑＋CO2↑。(2)由CuO炼铜，可用焦炭还原法：C＋2CuO2Cu＋CO2↑；也可用铝热还原法；Cu2(OH)2CO2和CuO都不溶于水，但溶于硫酸，可以采用湿法炼铜。 (3)木炭是还原剂，能将金属氧化物中的的金属还原出来。 1．用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到60 g沉淀，则该氧化物是(　　) A．FeO B．Fe2O3 C．CuO D．Cu2O 答案　B 解析　n(CaCO3)＝＝0.6 mol，由于1 mol CO与氧化物反应后变成1 mol CO2，夺取了氧化物中的1 mol O，故可知32.0 g氧化物中含氧原子0.6 mol，氧元素的质量为9.6 g，则氧化物中金属元素的质量为22.4 g，若金属元素为Fe，则两元素的物质的量之比为＝，若金属元素为Cu，则两元素的物质的量之比为＝，故B正确。 2．火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2焙烧,Cu2S＋2FeS＋SO2，下列说法正确的是(　　) A．SO2只是氧化产物 B．CuFeS2只是还原剂，硫元素被氧化 C．每生成1 mol Cu2S，有4 mol硫被氧化 D．每转移1.2 mol电子，有0.2 mol硫被氧化 答案　D 解析　由反应的化学方程式知，CuFeS2中Cu化合价降低被还原为Cu2S，CuFeS2中的S化合价升高，被氧化为SO2；O2中的O化合价降低，被还原为SO2，因此可知SO2既是氧化产物又是还原产物，A项错误；CuFeS2既是氧化剂又是还原剂，B项错误；每生成1 mol Cu2S，有1 mol硫被氧化，C项错误；利用反应知每转移6 mol e－，有1 mol硫被氧化，D项正确。 3．铝是一种很重要的金属，可以发生一系列反应制备物质，如图所示： 下列说法错误的是(　　) A．反应①又称铝热反应，可用于野外焊接铁轨 B．反应②、③都有氢气生成，产生等量的氢气时转移的电子数相等 C．常用反应⑥制备Al(OH)3，方法是向Al2(SO4)3溶液中滴加足量的NaOH溶液 D．工业上用反应⑦制备铝时，常加入冰晶石以降低氧化铝的熔融温度 答案　C 解析　反应①为铝热反应，因反应剧烈放热，生成熔融的铁水，可用于野外焊接铁轨，A正确；Al既能与酸反应放出氢气又能与碱反应放出氢气，根据化合价的变化，产生等量的氢气时转移的电子数相等，B正确；Al(OH)3具有两性，因此制备时不使用强酸、强碱，用Al2(SO4)3溶液制备Al(OH)3沉淀应选用氨水，C错误；Al2O3熔点高，电解时要耗费更多的能源，加入冰晶石与氧化铝形成共熔物，可降低氧化铝的熔融温度，D正确。 4．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用来冶炼钛，主要有以下五个反应： ①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O ②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4 ③H2TiO3TiO2＋H2O ④TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO ⑤TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti 针对以上五个反应，下列叙述错误的是(　　) A．反应①是非氧化还原反应 B．反应②生成了两种酸 C．反应④中的TiO2是氧化剂 D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强 答案：C 解析：在反应①中没有元素化合价的变化，反应②中，化学式H2TiO3符合酸的一般化学式，它是钛酸的化学式。反应④中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂，反应⑤中，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。 5．铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量杂质，杂质不溶于NaOH溶液)是提取氧化铝的原料。提取氧化铝的工艺流程如下： (1)请用离子方程式表示以上工艺流程中第①步反应：_________________________________。 (2)写出以上工艺流程中第③步反应的化学方程式：__________________________________。 (3)步骤④所需进行的实验操作是__________________________________________________。 (4)金属铝与氧化铁混合在高温下会发生剧烈的反应。该反应的化学方程式为_________________________。请举一例该反应的用途：__________________。 (5)电解熔融氧化铝制取金属铝，若有0.6 mol电子发生转移。理论上能得到金属铝的质量是____________。 答案　(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O (2)NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3　(3)过滤　(4)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3　焊接钢轨　(5)5.4 g 解析　(1)Al2O3和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，反应的实质是Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。(2)向偏铝酸钠中通入过量的二氧化碳可以生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，发生的反应为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。(3)由上述分析可知步骤④是过滤得到氢氧化铝沉淀的操作。(4)金属铝在高温下可以和氧化铁发生铝热反应，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，获得金属铁，铁以铁水的形式生成，这样可以用来焊接钢轨。(5)电解熔融氧化铝制取金属铝：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，2 mol Al2O3反应转移12 mol电子，若有0.6 mol电子发生转移，则能得到金属铝的质量是 mol×27 g·mol－1＝5.4 g。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$