专题9 第1单元 金属的冶炼方法-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册作业与测评课件PPT（苏教版2019）

0 专题9　金属与人类文明 第一单元　金属的冶炼方法 课时分层练 02 目录 CONTENTS 预习作业 01 预习作业 (建议用时：15分钟) 1．金属冶炼原理 将金属从其化合物中________出来用于生产和制造各种金属材料的过程，总结为Mn＋＋ne－―→M。 还原 预习作业 4 2．金属冶炼方法 (1)常用方法 预习作业 5 (2)其他方法 预习作业 6 3．从铝土矿中提取铝的工艺流程 流程图中所涉及的化学反应： ①________________________________ ②_________________________________________ Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 预习作业 7 1．下列金属中，通常采用电解法冶炼的是(　　) A．Fe B．Cu C．Al D．Hg 预习作业 8 2．下列说法错误的是(　　) ①加热HgO制取Hg　②将钠加入氯化铜溶液中制取铜　③电解熔融氯化铝制取铝　④电解饱和食盐水制取金属钠　⑤不能利用铝热反应制取镁 A．②④　　　　B．①③⑤ C．②③④ 　　　　　D．①⑤ 解析　Hg是不活泼金属，可以直接加热HgO制取Hg，①正确；Na的金属活动性很强，加入氯化铜溶液中会先和水反应，不能置换出铜，②错误；氯化铝是共价化合物，熔融状态时不导电，应用电解熔融氧化铝的方法制取铝，③错误；电解熔融的氯化钠制取金属钠，④错误；Mg是很活泼的金属，利用电解法制取，⑤正确。 预习作业 9 解析　A项，钠性质活泼，用电解法制取；B项，钨性质较不活泼，用高温还原法制取；C项，Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为湿法炼铜的反应原理，不属于高温还原法；D项，银性质不活泼，可用热分解法制取。 预习作业 10 4．在冶金工业上，均不用通常的化学还原剂制得的金属组是(　　) A．Na、Mg、Al B．Na、K、Zn、Fe C．Zn、Fe、Cu、Ag D．Mg、Al、Zn、Fe 预习作业 11 课时分层练 (建议用时：40分钟) [学习·理解] 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 13 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．金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 15 3．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol，消耗铝最少的是(　　) A．MnO2 B．Cr2O3 C．WO3 D．CuO 解析　根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理知，制备1 mol金属，金属阳离子得电子数越多，即该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 17 类题通法 (1)冶炼方法的规律总结：金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的热分解法就能还原出金属；金属的位置居中或不太活泼的金属用高温还原法；金属的位置越靠前，越难被还原，往往采用电解法使金属从其化合物中还原出来。 (2)因MgO的熔点很高，故冶炼金属镁采用电解熔融MgCl2的方法。因AlCl3属于共价化合物，熔融态不导电，故冶炼金属铝采用电解熔融Al2O3和冰晶石(Na3AlF6，作用是降低Al2O3的熔点)混合物的方法。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 18 5．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是(　　) A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化 B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应 C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e－ D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化 解析　C项，1 mol Fe3O4被还原成Fe，应转移8 mol e－。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 21 7．孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3。 (1)试写出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，写出下列主要反应的化学方程式。 A．湿法冶炼：___________________________________________________； B．高温冶炼：___________________________________________________。 CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 22 [应用·实践] 8．下列有关高炉炼铁的说法正确的是(　　) A．焦炭和CO都是还原剂 B．采用富氧空气可以得到纯铁 C．加石灰石主要是为了得到CO2 D．高炉炼铁用于还原Fe2O3的还原剂是焦炭 解析　高炉炼铁时，焦炭燃烧生成CO2，CO2再和焦炭反应生成CO，CO还原Fe2O3，这些反应中焦炭和CO都是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了使焦炭能充分燃烧，B错误；加石灰石主要是为了除去铁矿石中的SiO2杂质，C错误；高炉炼铁是利用CO还原Fe2O3，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 23 解析　由题意可知，倭铅是指金属锌，故D不正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 26 11．冶炼金属一般有以下四种方法：①焦炭还原法；②水煤气法(或氢气、一氧化碳法)；③活泼金属置换法；④电解法。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石[Cu2(OH)2CO3]炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中炼镁。下列对应关系不正确的是(　　) A．(Ⅰ)　① B．(Ⅱ)　② C．(Ⅲ)　③ D．(Ⅳ)　④ 解析　(Ⅱ)湿法炼铜是我国西汉时期用铁从硫酸铜溶液中置换出铜：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，符合③。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 27 12．工业制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3，含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3，然后电解熔融Al2O3得到铝。如图所示是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图。其中涉及的一个反应是2NaAlO2＋CO2＋3H2O===Na2CO3＋2Al(OH)3↓。 (1)写出图示中a的实验操作是____；图示中b加入的试剂是________________。 (2)试推断物质(写化学式)：B_________；C_______；H________________；F________。 过滤 Ca(OH)2[或Ba(OH)2] NaAlO2 Fe2O3 CaCO3(或BaCO3) Al2O3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 28 (3)写出化学方程式： ①_____________________________________； ②_________________________________________________________________ ___________________； ③_____________________________________； ④_____________________________________。 Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH[或Na2CO3＋Ba(OH)2===BaCO3↓＋2NaOH] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 29 解析　从①可知，铝土矿中加入NaOH溶液后，溶解的是Al2O3，生成NaAlO2，不溶解的是Fe2O3，应通过过滤的方法分离；NaAlO2溶液中通入CO2后能生成Al(OH)3和Na2CO3，从④可知，F为Al2O3，I为Al；从②可知，Na2CO3溶液中加入某物质后生成NaOH，显然该物质为碱，则可推出沉淀H为CaCO3或BaCO3，所以b中加入的物质为Ca(OH)2或Ba(OH)2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 30 [创新·提高] 13．某校化学兴趣小组同学为了避免传统铝热反应中纸漏斗被烧穿、火星四射等现象的发生，将实验装置改成如图所示甲装置，取磁性氧化铁(Fe3O4)在甲装置中进行铝热反应，冷却后得到“铁块”混合物。 (1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸的混合物代替镁条作引燃剂，其原因是____________________________________。 蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 31 (2)该铝热反应的化学方程式为__________________________________。 (3)取反应后的“铁块”粉碎，混合均匀，取样称量，加入如图所示乙装置中，滴入足量NaOH溶液充分反应，测量生成气体的体积以测定“铁块”样品中残留铝的质量分数。 ①量气管在读数时必须进行的操作是__________________________________ __________。 冷却至室温，并调节量气管使左右液面相平 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 32 ②取1 g“铁块”样品进行上述实验，共收集到44．8 mL气体(已换算成标准状况)，则“铁块”样品中残留铝的质量分数为________。 ③乙装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通，除可以平衡分液漏斗和试管中的压强让液体顺利滴入试管外，还可以起到减小实验误差的作用。如果没有橡胶管，测得“铁块”样品中残留铝的质量分数将会________(填“偏大”或“偏小”)。 3．6% 偏大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 课时分层练 34 　　　　　　　　　　　　　 R MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up14(通电))Mg＋Cl2↑ Fe2O3＋2Aleq \o(=====,\s\up14(高温))Al2O3＋2Fe 2HgOeq \o(=====,\s\up14(△))2Hg＋O2↑ 2Ag2Oeq \o(=====,\s\up14(△))4Ag＋O2↑ 2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up14(通电))2Na＋Cl2↑ ③2Al(OH)3eq \o(=====,\s\up14(△))Al2O3＋3H2O ④2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up16(通电),\s\do14(冰晶石))4Al＋3O2↑ 3．金属矿物通常色彩缤纷、形状各异。下列冶炼金属的方法属于高温还原法的是(　　) A．2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up14(通电))2Na＋Cl2↑ B．WO3＋3H2eq \o(=====,\s\up14(△))W＋3H2O C．Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 D．2Ag2Oeq \o(=====,\s\up14(△))4Ag＋O2↑ 解析　根据金属活动性顺序表，金属的冶炼方法分别为：①Ca～Al用电解法，如：MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up14(通电))Mg＋Cl2↑。②Zn～Cu用高温还原法，如：Fe2O3＋3COeq \o(=====,\s\up14(高温))2Fe＋3CO2。③Hg和Ag用热分解法，如：2Ag2Oeq \o(=====,\s\up14(△))4Ag＋O2↑。 类题通法　 (1)金属冶炼与金属活动性的关系： (2)热还原法中使用的还原剂通常是碳单质、一氧化碳和氢气等。在高炉炼铁中，加入的是焦炭，但真正作还原剂的是CO。 4．下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是(　　) A．2HgOeq \o(=====,\s\up14(△))2Hg＋O2↑ B．Fe3O4＋4COeq \o(=====,\s\up14(高温))3Fe＋4CO2 C．2MgOeq \o(=====,\s\up14(通电))2Mg＋O2↑ D．2Ag2Oeq \o(=====,\s\up14(△))4Ag＋O2↑ 6．硅在自然界只以化合态形式存在，如铁矿石中的硅主要以脉石(SiO2)的形式存在。炼铁时为了除去脉石，向炼铁高炉中加入石灰石。该过程不可能涉及的化学反应是(　　) A．CaCO3eq \o(=====,\s\up14(高温))CaO＋CO2↑ B．2FeO＋Sieq \o(=====,\s\up14(高温))2Fe＋SiO2 C．C＋CO2eq \o(=====,\s\up14(高温))2CO D．CaO＋SiO2eq \o(=====,\s\up14(高温))CaSiO3 类题通法　高炉炼铁 (1)原料：铁矿石、焦炭和石灰石等。 (2)反应原理：从高炉下方通入热空气，原料从高炉上方的传送带送入炉中，焦炭先与热空气中的氧气反应生成二氧化碳，并放出大量的热；二氧化碳再与灼热的焦炭反应，生成一氧化碳；一氧化碳在高温下将氧化铁还原为液态的金属铁，并从高炉中分离出来。相关化学方程式为C＋O2eq \o(=====,\s\up14(点燃))CO2、CO2＋Ceq \o(=====,\s\up14(高温))2CO、Fe2O3＋3COeq \o(=====,\s\up14(高温))2Fe＋3CO2。 (3)石灰石作用：石灰石在高温下分解生成CaO和CO2，CaO和铁矿石中的杂质SiO2等反应生成炉渣，从而除去铁矿石中的SiO2等杂质。相关化学方程式为CaCO3eq \o(=====,\s\up14(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2eq \o(=====,\s\up14(高温))CaSiO3(炉渣)。 Cu2(OH)2CO3eq \o(=====,\s\up14(高温))2CuO＋H2O↑＋CO2↑ 2CuO＋Ceq \o(=====,\s\up14(高温))2Cu＋CO2↑ 9．明代宋应星著的《天工开物》中有关于“火法”冶炼锌的工艺记载：“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷定毁罐取出。每十耗去其二，即倭铅也。”下列说法不正确的是(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌)(　　) A．该冶炼锌的反应属于置换反应 B．煤炭中起作用的主要成分是C(碳) C．冶炼Zn的总反应方程式为ZnCO3＋2Ceq \o(=====,\s\up14(高温))Zn＋3CO↑ D．倭铅是指金属锌和铅的混合物 10．工业上冶炼金属镁的方法有两种：电解法和皮江法。皮江法是硅在高温下还原氧化镁。皮江法冶炼金属镁的工艺流程如图所示，下列说法中不正确的是(　　) A．气体a是CO2 B．还原炉中发生的主要反应有2MgO＋Sieq \o(=====,\s\up14(高温))2Mg↑＋SiO2和SiO2＋CaOeq \o(=====,\s\up14(高温))CaSiO3 C．还原炉中抽空气到接近真空的原因是防止还原得到的Mg在高温条件下再次被氧化 D．回转炉煅烧的产物为CaO和MgO，其中电解法就是电解熔融的氧化镁来制备金 属镁 解析　根据常见碳酸盐的性质可知白云石在高温条件下会分解为氧化钙、氧化镁和二氧化碳，气体a为二氧化碳，A正确；白云石煅烧后得到氧化钙、氧化镁，然后高温条件下用Si还原MgO得到Mg单质，同时二氧化硅和氧化钙反应得到硅酸钙，发生的反应为2MgO＋Sieq \o(=====,\s\up14(高温))2Mg↑＋SiO2和SiO2＋CaOeq \o(=====,\s\up14(高温))CaSiO3，B正确；Mg活泼性较强，易被氧气氧化，所以抽空气到接近真空进行还原，C正确；氧化镁的熔点较高，电解法制备Mg单质，需要电解熔点较低的MgCl2，D错误。 2Al(OH)3eq \o(=====,\s\up14(煅烧))Al2O3＋3H2O 2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up14(通电),\s\do12(冰晶石))4Al＋3O2↑ 8Al＋3Fe3O4eq \o(=====,\s\up14(高温))4Al2O3＋9Fe 解析　(3)①因为气体的体积受温度和压强 影响，所以量气管在读数时必须进行的操作是 冷却至室温，并调节量气管使左右液面相平。 ②根据Al与NaOH溶液反应的化学方程式可 知，m(Al)＝n(Al)×27 g·mol－1＝eq \f(2,3)n(H2)×27 g·mol－1＝eq \f(2,3)×eq \f(0.0448 L,22.4 L·mol－1)×27 g·mol－1＝0．036 g，则“铁块”样品中残留铝的质量分数为eq \f(0.036 g,1 g)×100%＝3．6%。③如果没有橡胶管，随着分液漏斗中液体流下，试管中压强增大，会造成气体体积的读数偏大，则“铁块”样品中残留铝的质量分数将会偏大。 $$