专题9 第1单元 金属的冶炼方法(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

第一单元　金属的冶炼方法 课程目标 核心素养 1．了解金属在自然界中的存在形式。 2．掌握金属的冶炼方法。 1．科学探究与创新意识 能从金属冶炼及回收再利用的问题出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验进行实验探究。 2．科学态度与社会责任 具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，有效使用金属材料，加强金属资源的回收和再利用。 [对应学生用书P91] 知识点一　金属的存在形式 1．概览 2．具体存在 地壳中的大部分金属元素都是以__化合__态形式存在于自然界中。 例如：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。 除了地壳外，还有一些金属以__离子__或矿石的形式存在于海洋中，如__钠、镁__、锰等。 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(单质铜)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。 提示　(1)因为Fe较Cu活泼，在自然界中游离态的铁很少存在。 (2)金属越活泼，开发利用越晚，反之亦然。 (3)①Na的制备：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。②汞的制备：2HgO2Hg＋O2↑。③铁的制备：FexOy＋yCOxFe＋yCO2。 　经过漫长岁月的不断实践和总结，人们逐步认识到金属的存在形式与其活动性有关。一般而言，活动性较强的金属，在自然界以各种各样的化合态存在；活动性较弱的金属，有可能以游离态形式存在。有的金属元素还能以游离态和化合态存在。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。 1．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了3种金属被人类开发利用的大致年限。这3种金属的应用之所以有先后，主要取决于(　　) A．金属的导电性强弱 B．金属在地壳中的含量多少 C．金属的化合价高低 D．金属的活动性强弱 解析　在金属活动性顺序中，越靠后的金属出现的年代越早，越靠前的金属出现的越晚，说明金属越活泼，越难冶炼。 答案　D 2．下列关于金属的通性的说法不正确的是(　　) A．金属的熔点差别较大 B．在自然界中没有游离态的钠 C．金属单质在化学反应中既可作氧化剂又可作还原剂 D．与酸反应越剧烈的金属活泼性越强 解析　金属在化学反应中只作还原剂。 答案　C 知识点二　金属的冶炼 1．冶炼原理和实质 2．金属的冶炼方法(写出反应的化学方程式) 热分解法 分解HgO 　2HgO2Hg＋O2↑　 分解Ag2O 　2Ag2O4Ag＋O2↑　 电解法 冶炼钠 　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　 冶炼镁 　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　 冶炼铝 　2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑　 热还 原法 高炉炼铁 　Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2　 铝热法 炼铁　 　2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe　 [特别提醒]　 (1)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。 (2)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。 3．有效利用金属资源的途径 (1)提高金属矿物的利用率。 (2)减少金属的使用量。 (3)加强金属资源的__回收和再利用__。 (4)使用其他材料代替金属材料。 1．用电解法冶炼活泼金属时(如Na、Mg等)，能电解该金属的盐溶液吗？ 提示　不能；应电解该金属的熔融化合物。 2．为什么越活泼的金属被人类利用得越晚？ 提示　因为金属越活泼，其离子的氧化性越弱，就越难被还原，故制取和利用的时间越晚。 3．工业上冶炼镁、铝的原理是什么？可否电解熔融MgO和AlCl3制取镁、铝，为什么？ 提示　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。MgO的熔点远高于MgCl2，而AlCl3属于共价化合物，熔融状态不导电，故工业上冶炼Mg、Al是电解熔融的MgCl2、Al2O3，而不是电解MgO和AlCl3。 1．金属冶炼的三个步骤和目的 步骤 目的 矿石富集 提高矿石中有用成分的含量 冶炼 利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属从其矿石中还原出来，得到金属单质(粗) 精炼 用一定的方法，提炼纯金属 2．金属活动性顺序与金属冶炼方法关系 3．金属冶炼的热还原法 (1)热还原法的分类 (2)各种热还原法的优缺点 方法 优点 缺点 H2还原法 金属纯度高 工业成本高 CO和C还原法 工业成本低 金属纯度低，产生污染性气体CO 铝热法 可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属 工业成本较高 1．已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是(　　) A．电解法　　　　　　 B．热还原法 C．热分解法 D．铝热法 解析　锂是活泼金属，用电解熔融LiCl的方法冶炼。 答案　A 2．铝元素是地壳中含量最多的金属元素(约占地壳总量的7.73%)，主要以铝土矿形式存在(主要成分是Al2O3)。要从铝土矿中提取铝，首先要获得纯度较高的氧化铝。主要的工艺流程如下图所示： (1)请写出①②③④步的化学方程式。 ①________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 ④________________________________________________________________________。 (2)工业上冶炼铝时，加入冰晶石的目的是什么？ ________________________________________________________________________。 答案　(1)①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O ②NaAlO2＋CO2＋2H2O===NaHCO3＋Al(OH)3↓ ③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O ④2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ (2)降低Al2O3的熔化温度、降低能耗 知识点三　铁的冶炼 1．铁的冶炼 (1)设备及原料 原料：__铁矿石__、__焦炭__、__石灰石__。 设备：__高炉__。 (2)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。 主要反应的化学方程式： ①还原剂的生成：C＋O2CO2，C＋CO22CO； ②铁矿石的还原：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2； ③炉渣的形成：a.CaCO3CaO＋CO2↑，b.CaO＋SiO2CaSiO3。 2．铝热反应 (1)实验探究——铝热反应 实验操作 实验现象 (1)镁条剧烈燃烧； (2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应； (3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光； (4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 实验结论 在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热 化学方程式 2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe (2)铝热反应 ①概念：铝和某些金属氧化物在高温条件下发生放出大量的热的化学反应。 ②原理：Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝把金属氧化物中的金属置换出来。 ③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。 ④应用：冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。 1．在高炉炼铁中一氧化碳是怎样形成的？原料中的焦炭和石灰石分别起什么作用？ 提示　在高炉炼铁中一氧化碳的形成：C＋O2CO2、CO2＋C2CO。焦炭的作用：①为反应提供热量；②提供反应所需的还原剂；石灰石的作用：生成炉渣，涉及的反应为CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2CaSiO3或CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 2．在铝热反应还原冶炼铁时，镁条和KClO3的作用各是什么？ 提示　镁条作为引燃剂，KClO3作为供氧剂。 3．哪些金属可以用铝热法制备？ 提示　熔点较高，比铝稍不活泼的金属如Cr、Fe、Mn、W等。 1．铝热反应的特点 (1)在高温条件下进行。 (2)反应迅速并放出大量的热。 (3)新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。 2．铝热反应的注意事项 (1)铝热反应实验中，镁条为引燃物质，KClO3为助燃物质。 (2)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃。 (3)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应。 (4)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出。 (5)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。 1．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是(　　) A．焦炭和一氧化碳都是还原剂 B．采用富氧空气可以得到纯铁 C．加石灰石的目的主要是为了得到CO2 D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿 解析　高炉炼铁中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，这些反应中焦炭和一氧化碳都是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。 答案　A 2．下列物质能与铝粉组成铝热剂的是(　　) A．Cr2O3　　　　 B．MnCl2 C．Na2O2 D．MgO 解析　铝热剂是由铝粉和活动性比Al弱的金属的氧化物组成，引燃后Al能将其他金属从其氧化物中置换出来。 答案　A [对应学生用书P95] 1．下列金属的冶炼属于热还原法的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．WO3＋3H2W＋3H2O C．Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 D．2Ag2O4Ag＋O2↑ 解析　电解熔融的氯化钠制备金属钠为电解法，A项错误；加热条件下，氢气还原WO3生成W和水，属于热还原法，B项正确；铁与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸亚铁，属于湿法炼铜，C项错误；氧化银受热分解生成银和氧气，属于热分解法，D项错误。 答案　B 2．下列金属的冶炼过程中，需加入还原剂的是(　　) A．HgO―→Hg　　　　　 B．Al2O3―→Al C．Ag2O―→Ag D．CuSO4―→Cu 解析　在冶炼金属的方法中，只有热还原法需要加入还原剂。这种方法适合冶炼金属活动性顺序表中间部分的金属如Fe、Cu，而后面的金属如Hg、Ag适合用热分解法，前面的金属如Al适合用电解法。 答案　D 3．下列金属冶炼的反应原理，不正确的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2Mg＋H2O C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 D．2Ag2O4Ag＋O2↑ 解析　只能用电解熔融NaCl的方法制取金属Na，A项正确；只能用电解熔融MgCl2的方法获得金属Mg，B项错误；在加热条件下用还原剂还原制得铁，C项正确；Ag是不活泼的金属，可以用加热氧化物使之分解的方法制得，D项正确。 答案　B 4．在高炉炼铁中将铁矿石还原成单质铁的主要还原剂是(　　) A．CaCO3　　　　　　　 B．C C．SiO2 D．CO 解析　本题考查高炉炼铁中发生的主要反应，从反应C＋O2CO2，CO2＋C2CO，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2中可知，主要还原剂为CO。 答案　D 5．如图为铝热反应的实验装置。 请回答下列问题： (1)该实验装置中还缺____________。引发铝热反应的操作为__________________ ________________________________________________________________________。 (2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应____________(选填“能”或“不能”)发生，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)铝热反应的用途有___________________________________________________(写两条即可)。 解析　(1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。 (2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。 答案　(1)镁条和氯酸钾　在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条 (2)不能　镁比铝活泼，铝不能置换镁 (3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属等 学科网（北京）股份有限公司 $$