9.1 金属的冶炼方法（专项训练）化学苏教版必修第二册

**基本信息** 以金属活动性顺序为逻辑主线，系统构建“冶炼方法分类-典型工艺应用-实验原理分析”的专项训练体系，突出化学观念与科学思维的融合。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |金属冶炼的方法|1典例+3变式|按活动性顺序分热分解法、高温还原法、电解法，明确适用范围及反应原理|从定义出发，依据金属活动性差异构建分类模型，通过反应实例理解方法选择依据| |高炉炼铁|1典例+3变式|提炼原料作用、设备原理及核心反应，聚焦CO还原过程与造渣反应|以工业流程为载体，串联碳的氧化、铁的还原及杂质去除的逻辑链条| |铝热反应|1典例+2变式|归纳实验现象、反应本质及应用场景，强调Al的还原性与能量变化|从实验现象到反应方程式，结合熔沸点数据推理产物组成，体现科学探究思维|

第一单元　金属的冶炼方法 题型01 金属冶炼的方法 题型02 高炉炼铁 题型02 铝热反应 题型01 金属冶炼的方法 1．定义：利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程。 2．金属的冶炼方法 (1)热分解法：适合冶炼金属活动性较差的金属。 例如：2Ag2O4Ag＋O2↑，2HgO2Hg＋O2↑。 (2)高温还原法：用还原剂(CO、C、H2和活泼金属等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中锌到铜之间的大多数金属。 例如：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3。 (3)电解法：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)。 例如：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑， 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑， 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 【典例1】下列金属冶炼的反应原理，错误的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 C．Al2O3＋2Fe2Al＋Fe2O3 D．2HgO2Hg＋O2↑ 【答案】C　 【解析】钠是活泼金属，工业上采用电解熔融物的方法冶炼， A正确；工业上采用热还原法冶炼铁， B正确；铝的还原性强于铁，反应Al2O3＋2Fe2Al＋Fe2O3 不能发生， C错误，符合题意；对于不活泼金属Hg，可以直接用加热分解的方法将汞从氧化汞中还原出来， D正确。 【变式1-1】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 【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，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。 【变式1-2】锂是密度最小的金属，与等质量的其他金属相比，锂可以释放出更多的电子，故常被用来制造高性能电池。已知锂的金属活动性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是(　　) A．电解法　　　　　　　 B．热还原法 C．热分解法 D．铝热法 【答案】A　 【解析】根据金属的冶炼方法与金属活动性顺序的关系： 可知锂的活动性介于钠与镁之间，应采用电解法冶炼金属锂。 【变式1-3】下列关于金属的说法不正确的是(　　) A．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 B．工业上金属Mg、Cu都是用高温还原法制得的 C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D．越活泼的金属越难冶炼 【答案】B 【解析】在工业上Mg用电解法冶炼，Cu用高温还原法冶炼，B项错误。 题型02 高炉炼铁 ①原料：铁矿石、焦炭、石灰石等。 ②设备：炼铁高炉。 ③原理：高温下用还原剂将铁从其化合物中还原出来。 ④冶炼过程 【典例2】钢铁工业对促进经济和社会的发展具有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。其设备如图所示。炼铁的炉料(铁矿石、焦炭、石灰石等)由高炉的顶部投入，原料在下降过程中与高炉气气流在炉身部分发生作用。请回答下列问题： (1)焦炭在炼铁的过程中所起的作用是_____________________________________________。 (2)采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，其目的是_______________________。 (3)写出以赤铁矿为原料的炼铁高炉中发生的主要化学反应：_________________________。 (4)高炉气中含有的主要气态污染物是________，若直接排放将污染空气，因此应回收利用，请写出该污染物的一种用途：___________________________________________________。 【答案】(1)既提供热量，又产生还原剂CO (2)采用逆流接触操作，使矿石与还原性气体充分接触、反应 (3)C＋O2CO2，CO2＋C2CO， Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 (4)CO　用作燃料(或还原剂) 【解析】(1)焦炭在炼铁的过程中既作为能源提供反应所需要的能量，同时生成CO作为还原剂，还原出铁矿石中的Fe。(2)采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，主要是采用逆流操作，不仅利于矿石与还原性气体充分接触，还增加了接触时间，利于反应。(3)炼铁高炉中发生的主要反应就是还原剂的生成及生成铁的反应。(4)高炉气的主要成分有CO、CO2等，其主要气态污染物是有毒的CO；回收利用CO，可用作燃料或还原剂等。 【变式2-1】关于高炉炼铁的下列说法中，正确的是（ ） A.焦炭是还原铁矿石反应中的还原剂 B.石灰石在高炉中只发生非氧化还原反应，是造渣剂 C.炼铁高炉产生的废气可以直接排放到大气中 D.高炉炼铁炼出的产品为纯净物 【答案】B 【解析】还原铁矿石反应中的还原剂是一氧化碳。 【变式2-2】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。该过程不可能涉及到的化学反应是(　　) A．CaCO3CaO＋CO2↑ B．2FeO＋Si2Fe＋SiO2 C．C＋CO22CO D．CaO＋SiO2CaSiO3 【答案】B 【解析】高温下石灰石首先分解生成CaO和CO2，生成的生石灰(碱性氧化物)可与SiO2(酸性氧化物)反应实现高炉造渣；生成的CO2可与碳反应提供一部分还原剂CO。因无单质硅，所以没有B项所给的反应发生。 【变式2-3】工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是： ①2C（焦炭）＋O2（空气）2CO ②Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 该炼铁工艺中尾气中含有未反应的CO，其主要原因是（ ） A.CO过量 B.CO与铁矿石接触不充分 C.炼铁高炉的高度不够 D.CO与Fe2O3的反应有一定限度 【答案】D 【解析】高炉炼铁的反应Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2为可逆反应，所以对焦炭的实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高CO的浓度，促进该反应正向进行。 题型03 铝热反应 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纸漏斗的下部被烧穿，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 原理 应用 ①冶炼熔点较高、活动性弱于Al的金属，如钒、铬、锰、钨等。 ②金属焊接，如焊接钢轨等 【典例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Al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。 【变式3-1】下列混合物不属于铝热剂的是(　　) A．Al和Fe3O4 B．Al和MgO C．Al和Cr2O3 D．Al和MnO2 【答案】B　 【解析】铝热反应是铝粉把某些金属氧化物中的金属置换出来的反应，氧化物对应的金属的活动性应比铝弱，Mg比Al活泼，故Al和MgO不反应。 【变式3-2】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。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一单元　金属的冶炼方法 题型01 金属冶炼的方法 题型02 高炉炼铁 题型02 铝热反应 题型01 金属冶炼的方法 1．定义：利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程。 2．金属的冶炼方法 (1)热分解法：适合冶炼金属活动性较差的金属。 例如：2Ag2O4Ag＋O2↑，2HgO2Hg＋O2↑。 (2)高温还原法：用还原剂(CO、C、H2和活泼金属等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中锌到铜之间的大多数金属。 例如：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3。 (3)电解法：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)。 例如：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑， 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑， 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 【典例1】下列金属冶炼的反应原理，错误的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 C．Al2O3＋2Fe2Al＋Fe2O3 D．2HgO2Hg＋O2↑ 【变式1-1】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 【变式1-2】锂是密度最小的金属，与等质量的其他金属相比，锂可以释放出更多的电子，故常被用来制造高性能电池。已知锂的金属活动性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是(　　) A．电解法　　　　　　　 B．热还原法 C．热分解法 D．铝热法 【变式1-3】下列关于金属的说法不正确的是(　　) A．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 B．工业上金属Mg、Cu都是用高温还原法制得的 C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D．越活泼的金属越难冶炼 题型02 高炉炼铁 ①原料：铁矿石、焦炭、石灰石等。 ②设备：炼铁高炉。 ③原理：高温下用还原剂将铁从其化合物中还原出来。 ④冶炼过程 【典例2】钢铁工业对促进经济和社会的发展具有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。其设备如图所示。炼铁的炉料(铁矿石、焦炭、石灰石等)由高炉的顶部投入，原料在下降过程中与高炉气气流在炉身部分发生作用。请回答下列问题： (1)焦炭在炼铁的过程中所起的作用是_____________________________________________。 (2)采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，其目的是_______________________。 (3)写出以赤铁矿为原料的炼铁高炉中发生的主要化学反应：_________________________。 (4)高炉气中含有的主要气态污染物是________，若直接排放将污染空气，因此应回收利用，请写出该污染物的一种用途：___________________________________________________。 【变式2-1】关于高炉炼铁的下列说法中，正确的是（ ） A.焦炭是还原铁矿石反应中的还原剂 B.石灰石在高炉中只发生非氧化还原反应，是造渣剂 C.炼铁高炉产生的废气可以直接排放到大气中 D.高炉炼铁炼出的产品为纯净物 【变式2-2】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。该过程不可能涉及到的化学反应是(　　) A．CaCO3CaO＋CO2↑ B．2FeO＋Si2Fe＋SiO2 C．C＋CO22CO D．CaO＋SiO2CaSiO3 【变式2-3】工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是： ①2C（焦炭）＋O2（空气）2CO ②Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 该炼铁工艺中尾气中含有未反应的CO，其主要原因是（ ） A.CO过量 B.CO与铁矿石接触不充分 C.炼铁高炉的高度不够 D.CO与Fe2O3的反应有一定限度 题型03 铝热反应 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纸漏斗的下部被烧穿，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 原理 应用 ①冶炼熔点较高、活动性弱于Al的金属，如钒、铬、锰、钨等。 ②金属焊接，如焊接钢轨等 【典例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__________________________。 【变式3-1】下列混合物不属于铝热剂的是(　　) A．Al和Fe3O4 B．Al和MgO C．Al和Cr2O3 D．Al和MnO2 【变式3-2】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 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $