第01讲 金属的冶炼原理（重难点讲义）化学苏教版必修第二册

第01讲 金属的冶炼原理 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。 一、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。 提分速记 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 二、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 方案一：碱溶法 方案二：酸溶法 提分速记 (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。 题型01 金属冶炼的原理 【典例】金属的冶炼体现了人类文明的发展历程，下列关于工业冶炼金属说法正确的是( ) A．制Na：高温分解NaCl制备Na B．制Al：将Al(OH)3溶于盐酸中，电解所得AlCl3溶液 C．制Fe：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中的铁的氧化物 D．制Cu：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”，原理为2Fe+3Cu2+=3Fe3++3Cu 【答案】C 【解析】钠元素的金属性强，不能用高温分解制备金属钠，所以工业上用电解熔融氯化钠的方法制备金属钠，A错误；电解氯化铝溶液生成氢氧化铝、氢气和氯气，不能用于制备金属铝，所以工业上用电解熔融氧化铝的方法制备金属铝，B错误；铁是较活泼金属，工业上用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁的氧化物制备金属铁，C正确；“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”制备铜发生的反应为铁与硫酸铜溶液发生置换反应生成硫酸亚铁和铜，离子方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，D错误。 【变式】下列有关物质的工业制法中，错误的是( ) A．制硅：用焦炭还原二氧化硅得硅 B．制钠：以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠 C．制铁：以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁 D．制铝：以铝土矿为原料，经一系列过程制得AlCl3，再电解熔融AlCl3得铝 【答案】D 【解析】工业用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2+2CSi+2CO↑，故A正确；工业上以海水为原料制得NaCl，然后电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑，制得钠，故B正确；工业上常用焦炭和铁矿石为原料，碳首先燃烧生成二氧化碳，二氧化碳高温下与碳反应转化为CO，CO在高温下还原铁矿石炼铁：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，制得铁，故C正确；工业制铝是电解熔融的氧化铝：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑，氯化铝是共价化合物，在熔融状态下不导电，故D错误。 题型02 铝热反应 【典例】铝热反应有广泛的用途，实验装置如图1所示。下列说法错误的是( ) A．铝热反应的能量变化可用图2表示 B．和铝粉的混合物被称为铝热剂 C．铝热反应只能用于冶炼铁、锰、铬、镁等熔点较高的金属 D．铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 【答案】C 【解析】铝热反应是放热反应，能量变化可用图2表示，A正确； Fe2O3和铝粉的混合物被称为铝热剂，B正确；，镁的活泼性大于Al，不能用铝热反应冶炼金属镁，C错误；铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，D正确。 【变式】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。 题型03 铝的提取 【典例】工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下： ［提示：偏铝酸钠与足量二氧化碳反应的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O＝Al(OH)3↓+NaHCO3］ 下列叙述正确的是( ) A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C．反应②中通入的过量Y可以是CO2 D．图中所示转化反应都不是氧化还原反应 【答案】C 【解析】根据流程图及元素守恒知，铝土矿加入试剂X后得到的溶液乙经过一系列反应后得到Al，说明X能溶解Al2O3，根据生成的碳酸氢钠知，X为NaOH，沉淀为Fe2O3；溶液乙中含有NaAlO2、NaOH，向乙中通入过量Y后得到Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠，则Y为CO2。将Al(OH)3加热得到Al2O3，电解熔融Al2O3得到Al，以此解答该题。如果加入盐酸，氧化铁、氧化铝都溶解，氧化铁与氢氧化钠不反应，反应①后过滤得到沉淀为氧化铁，则应加入NaOH，故A错误；不溶于NaOH溶液的物质产生沉淀，氧化铁等物质不溶于NaOH溶液，所以①过滤后所得沉淀主要为Fe2O3，故B错误；偏铝酸钠溶液和过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，反应方程式为NaAlO2+CO2+2H2O＝Al(OH)3↓+NaHCO3，故C正确；氧化铝的电解为氧化还原反应，氧化铝被还原生成铝，故D错误。 【变式】工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下： (1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作为__________，所用到的玻璃仪器是_____________。 (2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有________，固体N是________。 (3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为__________，它属于________(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。 (4)实验室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。 【答案】(1)过滤　烧杯、漏斗、玻璃棒　(2)Fe2O3　Al2O3　(3)NaAlO2　盐　(4)氨水 【解析】铝土矿中加入浓NaOH溶液，Fe2O3和氢氧化钠不反应，氧化铝与NaOH反应生成NaAlO2，步骤Ⅰ利用过滤除去Fe2O3等不溶物，沉淀M为氧化铁等不溶物，滤液X含有偏铝酸钠；步骤Ⅱ通入二氧化碳将AlO转化为氢氧化铝沉淀，过滤得氢氧化铝，加热分解氢氧化铝得到氧化铝。(1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离固体与溶液的方法为过滤，所用到的玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒。(2)由工艺流程可知，沉淀M中还含有Fe2O3，固体N为Al2O3。(3)由工艺流程可知，滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为NaAlO2，NaAlO2属于盐。(4)氢氧化铝溶于强碱，实验室通常用氨水与氯化铝制备氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl。 【巩固训练】 1．《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。 2．我国古代炼丹家魏伯阳所著《周易参同契》是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下(　　) A．活泼　 B．稳定 C．易氧化 D．易还原 【答案】B 【解析】金的性质稳定，在强热条件下也不反应。 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。 4．下列变化过程不属于金属冶炼的是(　　) A．电解氧化铝 B．铁在氧气中燃烧 C．金属氧化物与焦炭在高温下反应 D．高温下CO还原CuO 【答案】B 【解析】A项，电解氧化铝：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑；B项，铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，不属于金属冶炼；C项，焦炭具有还原性，可以在高温条件下把金属从金属氧化物中还原出来；D项，高温下CO可还原CuO生成Cu。答案　B 5．下列金属冶炼的反应原理不正确的是(　　) A．MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 C．2HgO2Hg＋O2↑ D．2AlCl3(熔融)2Al＋3Cl2↑ 【答案】D 【解析】金属镁可通过电解熔融的MgCl2得到，A正确；高炉炼铁的主要原理是用CO在高温条件下还原Fe2O3得到Fe，B正确；Hg是较不活泼金属，其单质可通过热分解法得到，即加热分解HgO得到Hg，C正确；AlCl3熔融状态下不会电离，不能导电，无法通过电解AlCl3得到Al，D不正确。 6．下表中金属的冶炼原理与方法完全正确的是( )。 选项 方法 冶炼原理 A 湿法炼铜 CuSO4+2K＝Cu+K2SO4 B 热分解法炼铜 Cu2S+O2＝2Cu+SO2 C 电解法炼铝 2Al2O34Al+3O2↑ D 热还原法冶炼钡 BaO+H2Ba+H2O 【答案】C 【解析】在水溶液中K会迅速和水反应，不能置换出硫酸铜溶液中的铜，湿法炼铜是用铁做还原剂，把硫酸铜溶液中的铜置换出来，故A不选；用Cu2S煅烧冶炼铜是火法炼铜，故B不选；电解熔融的氧化铝可以冶炼金属铝，故C选；钡是非常活泼的金属，不能用氢气从氧化钡中把钡置换出来，故D不选。 7．下列有关物质的工业制法中，错误的是( ) A．制硅：用焦炭还原二氧化硅得硅 B．制钠：以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠 C．制铁：以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁 D．制铝：以铝土矿为原料，经一系列过程制得AlCl3，再电解熔融AlCl3得铝 【答案】D 【解析】工业用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2+2CSi+2CO↑，故A正确；工业上以海水为原料制得NaCl，然后电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑，制得钠，故B正确；工业上常用焦炭和铁矿石为原料，碳首先燃烧生成二氧化碳，二氧化碳高温下与碳反应转化为CO，CO在高温下还原铁矿石炼铁：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，制得铁，故C正确；工业制铝是电解熔融的氧化铝：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑，氯化铝是共价化合物，在熔融状态下不导电，故D错误。 8．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列有关金属冶炼的说法错误的是( ) 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．热分解法、热还原法、电解法冶炼金属过程中，金属元素都由化合态转变为游离态 C．铝热反应中铝作为还原剂将铁从其氧化物中置换出来 D．用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移9mol电子 【答案】D 【解析】钠为活泼金属，通常用电解熔融氯化钠制取，反应中钠元素化合价降低，钠离子被还原，氯元素化合价升高，氯离子被氧化，故A正确；金属冶炼：将金属从其化合物中还原出来，即用化学方法将金属由化合态转变为游离态，故B正确；铝热反应本质是置换反应，能把不如Al活泼的金属从其氧化物中置换出来，不能置换比Al活泼的金属，故C正确；四氧化三铁中铁的平均化合价为+价，用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移8mol电子，故D错误。 9．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝： 下列说法错误的是(　　) A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作 B．a、b中铝元素的化合价相同 C．③中需要通入过量的氨气 D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝 【答案】C 【解析】反应①后的体系中含有固体SiO2，需要过滤除去，反应②后的体系中含有Fe(OH)3沉淀，需要过滤除去，A正确；a、b中Al元素分别以AlCl3和NaAlO2的形式存在，其中铝元素的化合价都是＋3价，B正确；由NaAlO2制备Al(OH)3需要通入过量CO2，C错误；由Al(OH)3制备Al2O3，加热即可，D正确。 10．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。 11．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。 12．(2025·河北衡水高一期末)冶炼金属一般有下列五种方法：①焦炭法；②水煤气(H2或CO)法；③活泼金属置换法；④电解法；⑤热分解法。五种方法各有优缺点，在工业上均有应用。 (1)一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为_____(填字母)。 A．O2、CO2 B．O2、CO C．CO2、CO D．CO、CO2 (2)铝热反应是采用题干中的方法③，列举铝热反应的一个用途： ；由金属氧化物冶炼是采用题干中的哪种方法？ (填序号)；高炉炼铁是采用题干中的方法②，用炼铁的化学方程式为 。 (3)工业上电解冶炼铝的化学方程式为 。若电路中通过电子，可以得到 g Al。 【答案】(1)C (2) 焊接铁轨 ⑤ Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 (3) 2Al2O3(熔融) 9 【解析】(1)一种无色气体A与红热的炭反应，A具有氧化性，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，B具有还原性，又得到A，根据所给选项分析，A、B分别为：CO2、CO； (2)铝热反应为活泼金属置换法，可以置换得到Fe，且高温可使Fe熔化，故应用为：焊接铁轨；Hg、Ag为不活泼金属，故采用热分解的方法制备，为⑤； (3)工业上电解冶炼铝的化学方程式为2Al2O3(熔融)，根据电子守恒，Al~3e-，当转移1mol电子时，Al的质量为； 【强化训练】 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．火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2Cu2S＋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．Ti具备优良的抗腐蚀性，被称为未来金属，工业上可以采用镁热还原法(高温)制备，工艺流程如图。［已知：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑］下列说法错误的是( ) A．镁热还原的化学方程式为TiCl4+2MgTi+2MgCl2 B．整个工艺流程中，Cl元素化合价始终不变 C．Ti和Mg高温下化学性质非常活泼，镁热还原需在惰性气体中进行 D．Mg的循环使用可以提高原料利用率，降低成本 【答案】B 【解析】镁热还原是高温下Mg与TiCl4反应生成Ti和MgCl2，化学方程式为TiCl4+2MgTi+2MgCl2，故A正确；电解熔融MgCl2时发生反应MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑，该反应中Cl元素化合价从－1变为0，Cl元素化合价发生变化，故B错误；由于Ti和Mg高温下化学性质非常活泼，所以镁热还原需在惰性气体中进行，避免Ti和Mg被氧化，故C正确；由流程可知，Mg可以循环利用，从而提高了原料利用率，降低了成本，故D正确。 4．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。 5．废旧金属的综合利用有利于节约资源、保护环境。现有废弃物(含Al2O3、FeO、CuO)，实验室要回收三种金属，工艺流程如图所示。 已知：Na[Al(OH)4]+CO2(过)= NaHCO3+Al(OH)3↓ 回答下列问题。 (1)“碱溶”时发生反应的离子方程式为________________________________。 (2)“操作1”用到的玻璃仪器有________________、________________、玻璃棒。 (3)“沉铝”时加入适量盐酸，该步骤为避免因盐酸控制不当(过量)而导致Al(OH)3溶解，实际操作中可用过量________________ (填化学式)气体代替。  (4)“沉铁”时通入空气的目的是________________；证明“沉铁”的溶液中没有Fe3+的操作为________________。 (5)“灼烧”时可在__________ (填仪器名称)中进行，写出该反应的化学方程式：________________。 【答案】(1)Al2O3+2OH-+3H2O=2[Al(OH)4]- (2)普通漏斗 烧杯 (3)CO2 (4)将Fe2+氧化成Fe3+ 取少量滤液于试管中，加入几滴KSCN溶液，无明显现象 (5)坩埚 2Al(OH)3Al2O3+3H2O 【解析】(1)向废弃物(含Al2O3、FeO、CuO)中加入NaOH溶液，其中FeO、CuO与NaOH不反应，Al2O3与NaOH反应的离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O=2[Al(OH)4]-。 (2)“碱溶”时FeO、CuO与NaOH不反应，Al2O3与NaOH反应，通过过滤得到FeO、CuO和含Na[Al(OH)4]的溶液；“操作1”为过滤，用到的玻璃仪器有普通漏斗、烧杯、玻璃棒。 (3)“沉铝”时加入适量盐酸，使[Al(OH)4]-转化为Al(OH)3，因盐酸控制不当(过量)会导致Al(OH)3溶解，根据已知Na[Al(OH)4]+ CO2(过)=NaHCO3+Al(OH)3↓，实际操作中可用过量CO2气体代替。 (4)“置换”时，加入适量Fe，发生反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu，析出Cu，得到硫酸亚铁溶液，通入空气将Fe2+氧化成Fe3+，并加入NaOH溶液，过滤得到Fe(OH)3和滤液，证明溶液中不存在铁离子的操作为取少量滤液于试管中，加入几滴KSCN溶液，无明显现象。(5)“灼烧”时在高温下进行，应在坩埚中进行，化学方程式为2Al(OH)3Al2O3+3H2O。 9 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第01讲 金属的冶炼原理 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。 一、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。 提分速记 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 二、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 方案一：碱溶法 方案二：酸溶法 提分速记 (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。 题型01 金属冶炼的原理 【典例】金属的冶炼体现了人类文明的发展历程，下列关于工业冶炼金属说法正确的是( ) A．制Na：高温分解NaCl制备Na B．制Al：将Al(OH)3溶于盐酸中，电解所得AlCl3溶液 C．制Fe：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中的铁的氧化物 D．制Cu：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”，原理为2Fe+3Cu2+=3Fe3++3Cu 【变式】下列有关物质的工业制法中，错误的是( ) A．制硅：用焦炭还原二氧化硅得硅 B．制钠：以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠 C．制铁：以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁 D．制铝：以铝土矿为原料，经一系列过程制得AlCl3，再电解熔融AlCl3得铝 题型02 铝热反应 【典例】铝热反应有广泛的用途，实验装置如图1所示。下列说法错误的是( ) A．铝热反应的能量变化可用图2表示 B．和铝粉的混合物被称为铝热剂 C．铝热反应只能用于冶炼铁、锰、铬、镁等熔点较高的金属 D．铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe 【变式】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__________________________。 题型03 铝的提取 【典例】工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下： ［提示：偏铝酸钠与足量二氧化碳反应的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O＝Al(OH)3↓+NaHCO3］ 下列叙述正确的是( ) A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C．反应②中通入的过量Y可以是CO2 D．图中所示转化反应都不是氧化还原反应 【变式】工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下： (1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作为__________，所用到的玻璃仪器是_____________。 (2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有________，固体N是________。 (3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为__________，它属于________(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。 (4)实验室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。 【巩固训练】 1．《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 2．我国古代炼丹家魏伯阳所著《周易参同契》是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下(　　) A．活泼　 B．稳定 C．易氧化 D．易还原 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 4．下列变化过程不属于金属冶炼的是(　　) A．电解氧化铝 B．铁在氧气中燃烧 C．金属氧化物与焦炭在高温下反应 D．高温下CO还原CuO 5．下列金属冶炼的反应原理不正确的是(　　) A．MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 C．2HgO2Hg＋O2↑ D．2AlCl3(熔融)2Al＋3Cl2↑ 6．下表中金属的冶炼原理与方法完全正确的是( )。 选项 方法 冶炼原理 A 湿法炼铜 CuSO4+2K＝Cu+K2SO4 B 热分解法炼铜 Cu2S+O2＝2Cu+SO2 C 电解法炼铝 2Al2O34Al+3O2↑ D 热还原法冶炼钡 BaO+H2Ba+H2O 7．下列有关物质的工业制法中，错误的是( ) A．制硅：用焦炭还原二氧化硅得硅 B．制钠：以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠 C．制铁：以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁 D．制铝：以铝土矿为原料，经一系列过程制得AlCl3，再电解熔融AlCl3得铝 8．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列有关金属冶炼的说法错误的是( ) 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．热分解法、热还原法、电解法冶炼金属过程中，金属元素都由化合态转变为游离态 C．铝热反应中铝作为还原剂将铁从其氧化物中置换出来 D．用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移9mol电子 9．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝： 下列说法错误的是(　　) A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作 B．a、b中铝元素的化合价相同 C．③中需要通入过量的氨气 D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝 10．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 11．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________________________。 12．(2025·河北衡水高一期末)冶炼金属一般有下列五种方法：①焦炭法；②水煤气(H2或CO)法；③活泼金属置换法；④电解法；⑤热分解法。五种方法各有优缺点，在工业上均有应用。 (1)一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为_____(填字母)。 A．O2、CO2 B．O2、CO C．CO2、CO D．CO、CO2 (2)铝热反应是采用题干中的方法③，列举铝热反应的一个用途： ；由金属氧化物冶炼是采用题干中的哪种方法？ (填序号)；高炉炼铁是采用题干中的方法②，用炼铁的化学方程式为 。 (3)工业上电解冶炼铝的化学方程式为 。若电路中通过电子，可以得到 g Al。 【强化训练】 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．火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为2CuFeS2＋O2Cu2S＋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．Ti具备优良的抗腐蚀性，被称为未来金属，工业上可以采用镁热还原法(高温)制备，工艺流程如图。［已知：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑］下列说法错误的是( ) A．镁热还原的化学方程式为TiCl4+2MgTi+2MgCl2 B．整个工艺流程中，Cl元素化合价始终不变 C．Ti和Mg高温下化学性质非常活泼，镁热还原需在惰性气体中进行 D．Mg的循环使用可以提高原料利用率，降低成本 4．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____________。 5．废旧金属的综合利用有利于节约资源、保护环境。现有废弃物(含Al2O3、FeO、CuO)，实验室要回收三种金属，工艺流程如图所示。 已知：Na[Al(OH)4]+CO2(过)= NaHCO3+Al(OH)3↓ 回答下列问题。 (1)“碱溶”时发生反应的离子方程式为________________________________。 (2)“操作1”用到的玻璃仪器有________________、________________、玻璃棒。 (3)“沉铝”时加入适量盐酸，该步骤为避免因盐酸控制不当(过量)而导致Al(OH)3溶解，实际操作中可用过量________________ (填化学式)气体代替。  (4)“沉铁”时通入空气的目的是________________；证明“沉铁”的溶液中没有Fe3+的操作为________________。 (5)“灼烧”时可在__________ (填仪器名称)中进行，写出该反应的化学方程式：________________。 9 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $