专题01 金属的冶炼原理（重难点讲义）化学人教版必修第二册

专题01 金属的冶炼原理 1.了解金属在自然界中的存在形式（游离态、化合态），知道绝大多数金属以化合态存在，能列举常见金属（铁、铝、铜等）的主要矿物形式，建立“金属获取需通过冶炼”的基础认知。 2.掌握金属冶炼的核心原理——利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来，明确冶炼的实质是金属离子得到电子被还原为金属单质（Mn++ ne-=M），能结合氧化还原反应理论阐释冶炼过程的本质。 3.能根据金属活动性顺序表，区分并掌握电解法、热还原法、热分解法三种常见冶炼方法的适用范围，记住典型金属（如K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Cu、Hg、Ag等）对应的冶炼方法，能书写关键冶炼反应的化学方程式（如一氧化碳还原氧化铁、电解熔融氧化铝等）。 4.了解铝热反应的原理、实验现象及简单应用（如焊接钢轨、冶炼难熔金属），能书写相关化学方程式，初步认识热还原法的具体应用场景。 5.初步了解金属冶炼的一般步骤（采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼），能简要区分实验室模拟冶炼与工业冶炼在原理、装置、规模上的异同，理解化学原理对工业生产的指导作用。 一、金属在自然界中的存在形式 1.金属的存在形式由其活泼性决定，主要分为两种——在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属以游离态形式存在外，绝大多数金属元素以化合态形式存在： （1）游离态（单质形式）：仅极少数不活泼金属存在，如金（Au）、铂（Pt）等，这类金属化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，能在自然界中直接以单质形态存在。 （2）化合态（化合物形式）：绝大多数金属（如铁、铝、铜、钠等）均以化合态存在于矿物中，是金属的主要存在形式。常见实例：铁的矿物（赤铁矿Fe2O3、磁铁矿Fe3O4）、铝的矿物（铝土矿Al2O3·nH2O）、铜的矿物（黄铜矿CuFeS2、孔雀石Cu2(OH)2CO3）。 2.结论：金属活动性越强，越易与其他物质反应，越难以游离态存在，获取这类金属需通过冶炼反应。 二、金属冶炼的原理 1.本质：利用氧化还原反应，将金属从其化合物中还原出来，即金属离子（Mn⁺）得到电子（被还原），转化为金属单质（M）。 2.反应式：Mn++ ne-=M（n为金属离子的化合价，反应中金属离子作氧化剂，被还原）。 3.冶炼关键：金属离子得电子能力越强（对应金属单质失电子能力越弱，即金属活动性越弱），越容易被还原，冶炼难度越低；反之，冶炼难度越高。 4.冶炼方法与金属活动性的关系 金属活动性顺序 冶炼方法 典型金属 原理/举例 K、Ca、Na、Mg、Al 电解法 Al、Mg、Na 电解熔融化合物（如2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑） Zn、Fe、Sn、Pb、Cu 热还原法 Fe、Cu、Zn 用还原剂（C、CO、H2、Al）还原氧化物（如 3CO+Fe2O32Fe+3CO2） Hg、Ag 热分解法 Hg、Ag 加热分解氧化物（如 (2HgO↑2Hg+O2） Pt、Au 物理分离法 Au、Pt 直接从自然界中提取（如淘金） 三、金属冶炼的常用方法（按金属活动性顺序分类） 1.依据金属活动性顺序表（K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au），冶炼方法分为三类——金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。 （1）电解法（适用于：K~Al，最活泼金属） ①原理：这类金属的离子得电子能力极弱，无法用普通还原剂还原，需通过电解熔融的金属化合物（或其熔融盐）实现还原，消耗大量电能。 ②典型实例： a.电解熔融氯化钠冶炼钠：2NaCl(熔融)2Na + Cl2↑ b.电解熔融氯化镁冶炼镁：MgCl2(熔融)Mg + Cl2↑ c.电解熔融氧化铝冶炼铝（加冰晶石Na3AlF6降低熔点）：2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ （2）热还原法（适用于：Zn~Cu，中等活泼金属） ①原理：在高温条件下，用还原剂（C、CO、H₂、活泼金属等）将金属从其氧化物（或盐）中还原出来，是应用最广泛的冶炼方法。 ②常见还原剂及实例： a.碳（C）、一氧化碳（CO）还原（工业常用）： b.高炉炼铁（赤铁矿）：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 c.碳还原氧化铜：C+2CuO2Cu+CO2↑ d.氢气（H2）还原（适用于冶炼纯度较高的金属）：氢气还原氧化铜：H2+CuOCu + H2O ③铝热反应（活泼金属Al作还原剂，冶炼难熔金属）： a.原理：高温下，Al与金属氧化物反应，放出大量热，将金属还原出来。 b.实例（焊接钢轨、冶炼锰）：2Al + Fe2O3Al2O3 + 2Fe、4Al+3MnO2 2Al2O3 + 3Mn c.实验现象：剧烈反应、放出大量热，生成熔融态金属（可焊接钢轨）。 （3）热分解法（适用于：Hg、Ag，不活泼金属） ①原理：这类金属的氧化物稳定性弱，加热条件下可自行分解，生成金属单质和氧气，无需额外还原剂。 b.典型实例： Ⅰ.加热氧化汞冶炼汞：2HgO↑2Hg+O2 Ⅱ.加热氧化银冶炼银：2Ag2O4Ag + O2↑ （4）其他方法 a.Pt、Au的获取——淘洗法:Pt、Au化学性质极稳定，自然界中均以游离态存在，无需冶炼，直接通过物理方法（如淘金、富集）获取。 b.湿法炼铜：Fe与CuSO4溶液反应制取铜的化学方程式为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu c.火法炼铜：Cu2S在空气中高温灼烧可得到Cu：Cu2S+O2 2Cu + SO2 四、金属冶炼的一般步骤 工业上金属冶炼需经过四个核心步骤，循序渐进，确保冶炼效率和产品纯度： 1.采矿：开采含有目标金属的矿石（原矿）。 2.矿石富集（选矿）：除去矿石中的杂质（脉石，如SiO2），提高矿石中目标金属的含量，降低冶炼成本（如铝土矿需先除杂，得到较纯净的Al2O3）。 3.金属冶炼：根据金属活动性，选择合适的冶炼方法（电解法、热还原法、热分解法），将金属从其化合物中还原为粗金属。 4.金属精炼——提纯金属：除去粗金属中的杂质，得到纯度符合要求的金属（如电解精炼铜、精炼铝）。 五、冶炼注意事项与易错点 1. 冶炼铝时，只能电解熔融氧化铝，不能电解熔融氯化铝（AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电），需加冰晶石降低熔点。 2. 热还原法中，CO还原铁的氧化物（Fe2O3、Fe3O4）均需高温条件，反应产物为CO2（而非CO）。 3. 铝热反应的反应物是“Al + 金属氧化物”，反应条件为高温（通常用镁条引燃、氯酸钾助燃），产物一定有Al₂O₃和对应的金属单质。 4. 金属冶炼的难度与金属活动性正相关：金属越活泼，冶炼难度越大，冶炼成本越高（如铝的冶炼成本高于铁、铜）。 5. 区分“实验室冶炼”与“工业冶炼”：实验室侧重原理验证（装置简单、规模小），工业冶炼侧重效率、成本和环保（装置复杂、规模大，如高炉炼铁、电解铝工厂）。 六、金属的回收和资源保护——回收金属的意义 1.合理开发和利用金属矿物资源的原因 ①资源有限且分布不均 ②金属的冶炼消耗很多能量 ③金属冶炼造成环境污染 ④金属腐蚀造成大量损失 2.有效利用金属矿物的措施 ①提高金属矿物的利用率，节约矿物资源。 ②开发环保高效的金属冶炼方法，节约能源，减少环境污染。 ③防止金属的腐蚀，减少损失。 ④使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。 ⑤加强废旧金属的回收和再利用。 七、影响冶炼方法选择的因素与应用 1.影响冶炼方法选择的因素 ①金属活动性：活泼性越强，越难还原，需用更强的还原手段（如电解）。 ②成本与效率：电解法能耗高（如铝冶炼），热还原法更经济（如炼铁）。 ③资源与环境：原料纯度、副产品处理（如高炉煤气回收CO）、污染控制（如SO2尾气处理）。 2.应用 ①资源循环：废旧金属回收（如废铁炼钢、废铝重熔），减少矿石开采。 ②绿色冶金：开发低能耗技术（如光伏电解铝）、无氰冶炼工艺。 ③跨板块联系：与材料科学（高强度合金）、能源工程（氢能还原）结合。 题型01 考查金属冶炼方法的选择 【典例】（24-25高一下·福建泉州·月考）下列制备金属单质的方法或原理正确的是 A．在通电条件下，电解饱和食盐水制备金属Na B．在通电条件下，电解熔融MgO制备单质Mg C．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu 【答案】C 【解析】A．制备单质Na采用电解熔融NaCl的方法，电解溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，故A错误；B．Mg为活泼金属，电解熔融MgO理论上可以制备单质Mg， 但是MgO熔点高，熔融MgO需消耗大量能源，常通过电解熔融MgCl2制备镁，故B错误；C．Al为活泼金属，应用电解熔融Al2O3制备，故C正确；D．制备单质Cu用热还原法制备，故D错误；故C正确。 【变式】（24-25高一下·江西·期末）除了金、铂等极少数金属，绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。下列有关金属冶炼的说法错误的是 A．工业上常电解熔融的MgCl2冶炼金属镁： B．工业上冶炼金属铝常用的方法：： C．工业上可直接加热HgO冶炼Hg： D．工业上常利用铝热反应大规模冶炼铁： 【答案】D 【解析】A．工业上电解熔融MgCl2冶炼镁，因Mg活泼需电解其熔融氯化物，A正确；B．电解Al2O3时加入冰晶石降低熔点，符合工业炼铝方法，B正确；C．HgO受热易分解为Hg和O2，Hg不活泼可直接热分解，C正确；D．工业炼铁主要用CO还原Fe2O3，铝热反应成本高，仅用于特殊场景，大规模冶炼铁错误，D错误；故选D。 题型02 考查金属冶炼工业流程与反应分析 【典例】（24-25高三上·河南·月考）钛有“二十一世纪的金属”、“全能金属”、“现代金属”的美称。以钛铁矿(FeTiO3中Ti为＋4价)为原料，经高温“氯化”制取金属钛的流程如下。下列叙述错误的是 A．“氯化”时矿料(FeTiO3＋C)与Cl2逆向而行，有利于反应充分进行 B．“氯化”时理论上参加反应的Cl2与CO物质的量之比为7：6 C．Mg高温还原TiCl4反应，应在N2氛围中进行 D．流程中所需要的“Mg”，可通过电解熔融MgCl2制取 【答案】C 【解析】A．在“氯化”设备中，矿料(FeTiO3＋C)与Cl2逆向而行，能增大反应物的接触面积，有利于反应充分进行，A正确；B．“氯化”反应的化学方程式为，该反应中Cl2与CO物质的量之比为7：6，B正确；C．在高温下，镁能与氮气反应，生成氮化镁，故不能在N2氛围中进行，C错误；D．流程中所需要的“Mg”， 可通过电解熔融MgCl2制取Mg，D正确；故选C。 【变式】（24-25高一下·山西太原·期末）工业上利用铝土矿(主要成分为，含、等杂质)冶炼铝的主要流程如下： 已知在“溶解”时转化为铝硅酸钠沉淀。下列叙述错误的是 A．“溶解”时适当增大NaOH溶液的浓度，可提高溶解速率 B．操作Ⅰ、Ⅱ均为“过滤”，Ⅲ为“灼烧” C．加入冰晶石的目的主要是降低的熔融温度，减少冶炼过程中的能耗 D．通入过量时，发生反应： 【答案】D 【分析】铝土矿(主要成分为，含、等杂质)加氢氧化钠溶液溶解，经操作Ⅰ即过滤得到含Na[Al(OH)4]的滤液，滤液中通二氧化碳来获得氢氧化铝沉淀，经操作Ⅱ即过滤得到氢氧化铝沉淀，经操作Ⅲ即灼烧，使氢氧化铝分解生成氧化铝，电解熔融的氧化铝可得铝，以此解答该题。 【解析】A．增大反应物浓度，可提高反应速率，则“溶解”时适当增大NaOH溶液的浓度，可提高溶解速率，A不符合题意；B．操作Ⅰ、Ⅱ均为固液分离，Ⅲ为该固体加热到高温，则操作Ⅰ、Ⅱ均为“过滤”，Ⅲ为“灼烧”，B不符合题意；C．的熔点相当高，使其熔化需消耗大量能量，则加入冰晶石的目的主要是降低的熔融温度，减少冶炼过程中的能耗，C不符合题意；D．Na[Al(OH)4]溶液中通入过量时，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，发生反应：，D符合题意；故选D。 题型03 考查金属冶炼实验探究分析 【典例】（24-25高一下·河南信阳·期末）铝被誉为第二金属，铝合金材料广泛用于生产、生活中。工业上，以铝土矿（主要成分是Al2O3，含少量Fe2O3、MgO、SiO2等）为原料制备铝的工艺如图。 回答下列问题： （1）为了提高“酸浸”速率，宜采用措施有 （答出两条）。浸渣2的主要成分是 （填化学式）。 （2）“除杂”中，铝元素转化的离子方程式为 。 （3）“沉铝”中，需要加入过量的试剂X，试剂X宜选择 （填标号）。 A．稀盐酸    B．稀硫酸    C．CO2    D．氨水 如果将滤液蒸干、灼烧可得到一种化工产品，它的俗名是 。 （4）在实验室完成“灼烧”，不需要使用的仪器有______（填标号）。 A． B． C． D． （5）写出电解熔融Al2O3制备Al的化学方程式： 。 （6）工业上，下列金属的冶炼方法和冶炼铝的方法相同的是______（填标号）。 A．铜 B．银 C．铁 D．镁 【答案】（1）粉碎铝土矿、适当增大硫酸浓度、适当加热搅拌等 Fe(OH)3、Mg(OH)2 （2） （3）C 纯碱、苏打、块碱、碱面 （4）C （5） （6）D 【分析】用铝土矿制备金属铝的工艺流程为：将铝土矿（主要成分是，含少量、、等）先用稀硫酸进行酸浸，难溶于稀硫酸，过滤后形成滤渣1除去；、、溶于稀硫酸转化为、、得到滤液，加入过量溶液除杂过滤，转化为进入滤液，、转化为沉淀和沉淀形成滤渣2除去；继续在含的滤液中加入试剂X进行沉铝得到沉淀，过滤，灼烧固体分解得到，最后在中混合冰晶石熔融电解得到金属铝，据此分析解答。 【解析】（1）要提高“酸浸”速率，从固体接触面、浓度、温度等角度选择合适的措施为：将铝土矿粉碎、适当增大硫酸浓度、适当加热搅拌等；、、溶于稀硫酸转化为、、得到滤液，加入过量溶液除杂过滤，转化为进入滤液，、转化为沉淀和沉淀形成滤渣2除去，故滤渣2的主要成分是和。 （2）与硫酸反应生成，在除杂过程中加入过量氢氧化钠溶液会生成，则反应的离子方程式为：。 （3）属于两性氢氧化物，能溶于强酸中，故要将转化为沉淀，加入过量的试剂X宜选择 A．在中加入稀盐酸可以生成沉淀，但沉淀会溶解在过量的稀盐酸中，不能得到沉淀，A错误；B．在中加入稀硫酸可以生成沉淀，但沉淀会溶解在过量的稀硫酸中，不能得到沉淀，B错误；C．在中通入可以生成沉淀，且沉淀不会溶解在过量的中，能得到沉淀，C正确；D．在中加入氨水不反应，D错误；故答案为：C。在中通入过量的反应方程式为：，所以过滤后滤液的主要成分为：，灼烧后分解得到固体：，的俗名为：纯碱、苏打、块碱、碱面。 （4）根据图中所给仪器，在灼烧操作需要的仪器有：坩埚、泥三角、酒精灯，不需要蒸发皿，所给的选项中，符合有选项为：C。 （5）在中混合冰晶石熔融电解得到金属铝和氧气，则电解方程式为：。 （6）工业上，金属的冶炼方法与冶炼铝的方法相同的是：A．铜：在工业上通常采用热还原法或置换法生产，A不符合要求；B．银：在工业上通常采用热分解法生产，B不符合要求；C．铁：在工业上通常采用热还原法生产，C不符合要求；D．镁：在工业上通常采用电解法生产，D符合要求；故答案为：D。 【变式】（24-25高一下·吉林长春·期末）Ⅰ．金属及其化合物用途广泛，研究金属的提取、冶炼意义重大。 （1）下列各组金属，冶炼方法一定不同的是 (填字母)。 a．Hg、Ag    b．Na、Mg    c．Al、Fe Ⅱ．以铬铁矿(主要成分为FeO和，含有少量、等杂质)为主要原料生产化工原料重铬酸钠并制取铬，其主要工艺流程如下： 查阅资料得知：在碱性条件下，某些氧化剂能将氧化为。 （2）铬铁矿在加入硫酸前通常先粉碎，目的是 。 （3）“操作①”是 ，实验室模拟该操作用到的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、 。 （4）工业上可用固体A制取粗硅，写出反应的化学方程式： 。 （5）溶液D转化为溶液E过程中反应的离子方程式： 。 （6）溶液E酸化过程中发生的反应 (填“是”或“不是”)为氧化还原反应。 【答案】（1）c （2）增大接触面积，加快反应速率 （3）过滤 漏斗 （4） （5） （6）不是 【分析】由流程图可知，铬铁矿(主要成分为FeO和Cr2O3，含有Al2O3、SiO2等杂质)加过量硫酸，FeO、Cr2O3和Al2O3都溶解，SiO2不溶，经过滤分离得到固体A和溶液B，则固体A为SiO2；溶液B中含有Fe2+、Al3+、Cr3+，然后将Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液pH，使Fe3+形成氢氧化铁沉淀，同时Al3+变成氢氧化铝沉淀而除去，固体C为氢氧化铁和氢氧化铝混合物；之后加入双氧水和过量的NaOH溶液，双氧水作氧化剂将Cr3+转化为；然后酸化使转化为，酸性条件下电解得到Cr单质，据此回答； 【解析】（1）a．Hg、Ag均用热分解法制备，故a不符合题意；b．Na、Mg均用电解法制备，故b不符合题意；c．Al用电解法制备，Fe用热还原法制备，故c符合题意；故选c； （2）将矿石粉碎的目的为增大接触面积，加快反应速率； （3）“操作①”分离固体和液体，为过滤；实验室模拟该操作用到的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、漏斗； （4）固体A为SiO2，工业上制取粗硅的反应方程式为； （5）溶液D含有Cr3+，在溶液D中加入H2O2和NaOH，发生氧化还原反应，Cr3+～，铬化合价(+3→+6)，H2O2～H2O，氧化合价(-1→-2)，离子反应方程式为：； （6）酸化过程转化为，无元素化合价变化，不是氧化还原反应。 题型04 考查金属冶炼的有关计算 【典例】（26-27高一上·全国·单元测试）下列关于金属冶炼的叙述正确的是 A．工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁 B．金属钠、铝和铜都可用热还原法制备 C．电解熔融氯化镁可得金属镁 D．用足量CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子 【答案】CD 【解析】A．铝热反应可以用来冶炼高熔点金属(如铁)，但是铝热反应的成本较高，工业上大量金属铁的冶炼是采用CO还原法，A错误；B．金属钠、铝等活泼金属的冶炼采用电解法，B错误；C．电解熔融氯化镁可以获得金属镁，电解饱和氯化镁溶液可得氢氧化镁、氢气和氯气，C正确；D．中Fe的化合价有、，被CO全部还原，可得到3 mol Fe，转移8 mol电子，故得到9 mol铁时转移24 mol电子，D正确；故选CD。 【变式】（24-25高一下·全国·单元测试）冶炼金属一般有下列五种方法：①焦炭法；②水煤气(或)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． B． C． D． （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）钛有“未来钢铁”之称。工业上常以获得海绵状钛。该反应在下列哪种环境中进行___________(填字母)。 A．稀有气体中 B．空气中 C．氮气中 D．气体中 （4）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 。 【答案】（1）C （2）焊接铁轨 ⑤ （3）A （4）(熔融) 9 【解析】（1）由B与灼热的氧化铜反应得到A推测B应为CO，发生反应 ，则A为CO2，A与红热的炭反应，得到B，则发生反应，因此答案选C。 （2）铝热反应是用作还原剂发生置换反应，如，可用于焊接铁轨；将加热分解得到，因此采取方法⑤；高炉炼铁，如用炼铁生成铁单质与二氧化碳，发生反应：。 （3）空气中的气体在加热的条件下均与镁反应，故应在稀有气体中进行，答案选A。 （4）工业上电解熔融的制取，化学方程式为:(熔融)，该反应中每生成，转移电子，因此电路中通过电子时，生成，即。 题型05 考查金属冶炼的应用及基意义 【典例】（24-25高一下·福建漳州·期末）下列关于金属冶炼的说法正确的是 A．金属镁、铝都可以用电解熔融氯化物方法制得 B．可用铝热反应来冶炼金属镁 C．将金属钠加入溶液中制得金属钛 D．金属银、汞可用热分解法冶炼 【答案】D 【解析】A．铝不能通过电解熔融氯化物制得，因为AlCl3是共价化合物，熔融态不导电，工业上电解的是Al2O3；镁可通过电解熔融MgCl2制得，A错误；B．铝热反应用于冶炼比铝不活泼的金属，而镁的金属活动性强于铝，铝无法还原MgO，B错误；C．钠会优先与水反应，无法置换TiCl4溶液中的钛，正确方法是用熔融态钠还原TiCl4，C错误；D．银和汞属于不活泼金属，其氧化物（如Ag2O、HgO）受热易分解，可用热分解法冶炼，D正确；故选D。 【变式】（24-25高一下·河北石家庄·期末）我国夏代已经有青铜器，传说夏禹铸九鼎，史料中更有夏禹之子夏启炼铜的记载。冶铁技术大约出现在西周(公元前1046年～公元前771年)时期，冶炼出生铁使我国成为世界上最早发明和使用生铁的国家。下列有关金属冶炼的说法中不正确的是 A．金属的冶炼先后，主要取决于金属的活动性强弱 B．炼铁时，加入石灰石的作用是用于除去铁矿石中的二氧化硅 C．金属冶炼的过程就是被冶炼的金属得电子被还原的过程 D．氯化钠是一种来自海洋的重要化工原料，可以制备钠单质、烧碱、纯碱，以上过程均为氧化还原反应 【答案】D 【解析】A．金属活动性越强，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，冶炼难度越大，因此冶炼顺序主要由金属活动性强弱决定，A正确；B．炼铁时，石灰石高温下分解生成CaO和CO2，CaO可与铁矿石中的SiO2反应生成炉渣(CaSiO3)，从而将二氧化硅除去，B正确；C．金属冶炼就是金属化合物(金属元素显正价)变为金属单质(金属元素呈0价)的过程，即金属元素得电子被还原为单质的过程，C正确；D．电解熔融NaCl可制备钠单质，反应过程中，有元素化合价发生变化，发生了氧化还原反应；电解食盐水可得到烧碱、氢气、氯气，反应过程中，有元素化合价发生变化，发生了氧化还原反应；由氯化钠制备纯碱一般采用侯氏制碱法，反应过程中涉及的化学方程式为、，反应过程中，没有元素化合价发生变化，未发生氧化还原反应，D错误；故选D。 【巩固训练】 1.（24-25高一下·江苏盐城·期中）下列金属的冶炼一般不用电解的是 A．Fe B．Ca C．Al D．Na 【答案】A 【解析】金属的冶炼方法与其在金属活动性顺序表中的位置有关。活泼性较强的金属：Ca、Na、Al因还原性强，需通过电解熔融化合物（如氯化物或氧化物）来制取。Fe位于金属活动性表中游，活泼性较弱，通常用还原法，如高炉炼铁，用CO还原氧化铁即可制得，无需电解，答案选A。 2．（24-25高一下·四川绵阳·月考）下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．工业冶炼铝采用电解熔融Al2O3，但需加入冰晶石并通电电解，而非仅高温分解，反应条件错误，A符合题意；B．镁是活泼金属，工业上通过电解熔融MgCl2制取，反应正确，B不符合题意；C．铁处于金属活动性中间位置，工业上用CO高温还原Fe2O3，反应正确，C不符合题意；D．汞为不活泼金属，直接加热HgO分解即可制取，反应正确，D不符合题意；故选A。 3．（24-25高一下·天津南开·期末）下列关于金属冶炼方法的说法错误的是 A．因为氧化铝熔点高，工业上用电解熔融氯化铝的方法冶炼铝 B．用热还原法冶炼金属铁时，可选用一氧化碳、铝等作还原剂 C．可通过加热氧化汞分解得到金属汞 D．湿法炼铜的原理是铁与硫酸铜溶液发生置换反应 【答案】A 【解析】A．工业上冶炼铝是电解熔融的氧化铝（加入冰晶石降低熔点），而非氯化铝，因为氯化铝熔融态不导电，A错误；B．热还原法冶炼铁可用CO（如高炉炼铁）或铝（铝热反应）作还原剂，符合实际，B正确；C．氧化汞受热易分解为汞和氧气（），汞的冶炼方法正确，C正确；D．湿法炼铜通过铁置换硫酸铜中的铜（），属于置换反应，D正确；故选A。 4．（2025高一下·湖南娄底·学业考试）金属的冶炼对于化工生产和生活十分重要，下列金属要通过电解法冶炼的是 A．Al B．Fe C．Cu D．Ag 【答案】A 【解析】A．工业上采用电解熔融的Al2O3的方法来冶炼金属Al，A符合题意；B．工业上采用热还原法来冶炼金属Fe，B不合题意；C．工业上采用火法炼铜即在空气中煅烧Cu2S来制备Cu，C不合题意；D．工业上采用灼烧Ag2O的方法即热分解法来冶炼金属Ag，D不合题意；故答案为：A。 5．（25-26高一·全国·月考）下列关于金属冶炼方法的说法中，错误的是 A．电解熔融氧化铝冶炼铝，利用了电解池原理 B．用热还原法冶炼铁，常用焦炭或一氧化碳作还原剂 C．金属钠的冶炼可采用热分解法，加热氯化钠获得钠单质 D．湿法炼铜的原理是铁与硫酸铜溶液发生置换反应 【答案】C 【解析】A．电解熔融氧化铝冶炼铝是工业常用方法，利用了电解池原理，故A说法正确；B．铁的冶炼通过热还原法，焦炭或CO作为还原剂还原铁矿石，故B说法正确；C．钠是极活泼金属，需电解熔融NaCl制取，加热NaCl无法分解生成钠单质，故C说法错误；D．湿法炼铜利用Fe置换CuSO₄中的Cu，属于置换反应，故D说法正确；故选C。 6．（24-25高一下·宁夏银川·期末）在明代宋应星所著的《天工开物》中，有关火法炼锌的工艺记载：“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，罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出。∙∙∙∙∙∙即倭铅也。∙∙∙∙∙∙然后以其似铅而性锰，故名之曰倭云”(注：炉甘石的主要成分是碳酸锌)。下列说法正确的是 A．工业上金属Mg的冶炼方法与锌的冶炼方法一样 B．古代火法炼锌涉及的主要反应为：ZnCO3+2CZn+3CO↑ C．煤炭干馏属于物理变化 D．火法炼锌时需往泥罐中注入大量空气 【答案】B 【解析】A．工业上金属Mg通过电解熔融MgCl2冶炼，而Zn通常用碳还原法，方法不同，A错误；B．炉甘石（ZnCO3）高温下分解为ZnO和CO2，ZnO再被C还原为Zn并生成CO，总反应式为，B正确；C．煤炭干馏生成焦炭、煤焦油等新物质，是化学变化，C错误；D．火法炼锌需高温，但反应在还原环境中进行，注入大量空气会消耗还原剂C，D错误；故选B。 7．（24-25高一下·河北保定·期末）下列关于金属冶炼的说法中正确的是 A．电解饱和食盐水制取钠 B．热还原法制取汞、银 C．利用铝热反应制取铬、锰 D．利用热分解法制取铜 【答案】C 【解析】A．电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，无法制取金属钠；钠需通过电解熔融氯化钠获得，A错误；B．利用热分解法制取汞、银，即加热氧化汞分解制取汞，加热氧化银分解制取银，B错误；C．铝是较活泼的金属，具有较强的还原性，可利用铝热反应制取钒、铬、锰，C正确；D．利用热还原法制取铜，即用一氧化碳或氢气还原氧化铜制取铜，D错误；故选C。 8．（24-25高一下·福建·期末）下列金属的冶炼方法正确的是 A．金——电解法 B．钠——热还原法 C．铝——热分解法 D．汞——热分解法 【答案】D 【解析】A．金的性质稳定，直接通过物理方法提取，无需电解，A错误；B．钠活泼性强，电解熔融的氯化钠来获取金属钠，B错误；C．铝是活泼的金属，工业上电解Al2O3，C错误；D．汞是不活泼的金属，可用加热HgO来获得，D正确；故选D。 9．（24-25高一下·上海·期末）下列金属中，人类最先广泛使用的是 A．铁 B．铝 C．铜 D．钠 【答案】C 【解析】A．铁需要较高冶炼技术，到春秋时期才发现使用，晚于铜被广泛使用，A不符合题意；B．铝的冶炼依赖现代电解法，使用历史很短，到近代才被大量应用，B不符合题意；C．铜因化学性质稳定且易冶炼，在青铜器时代已广泛使用，C符合题意；D．钠性质活泼，无法以单质形式存在，近代才被制取，D不符合题意；答案选C。 10.（24-25高一下·河北廊坊·期中）镁及其合金是一种用途很广的金属材料。大量的镁是从海水(主要含有、，泥沙已除去)中提取的，其中的主要步骤如下： 回答下列问题： （1）“沉淀”时，反应的离子方程式为 ；滤液1中主要含有的金属阳离子是 。 （2）“中和”时，搅拌的作用是 ；该反应的化学方程式为 。 （3）用乙醇洗涤操作X后所得的晶体的优点是 。 （4）电解熔融氯化镁制取金属镁的反应方程式为 。 【答案】（1） 、 （2）增大反应物接触面积，加快反应速率 （3）减少晶体损失，且干燥时乙醇快速挥发 （4） 【分析】由流程图可知，在海水（主要含Na+、Mg2+、Cl-、泥沙等）中加入石灰乳，Mg2+与Ca（OH）2反应生成Mg（OH）2沉淀，滤液1中含有Na+、Ca2+、Cl-、OH-；“中和”时，向沉淀中加入盐酸，氢氧化镁与盐酸反应生成MgCl2和H2O；“操作X”为蒸发浓缩、降温结晶得到MgCl2•6H2O；然后MgCl2•6H2O在氯化氢气流中干燥得到无水氯化镁，电解无水氯化镁得到镁。 【解析】（1）“沉淀”时，Mg2+与Ca（OH）2反应生成Mg（OH）2沉淀，反应的离子方程式为；根据分析，滤液1中主要含有的金属阳离子是、； （2）“中和”时，搅拌可增大反应物接触面积，加快反应速率；“中和”时，向氢氧化镁中加入盐酸反应生成MgCl2和H2O，该反应的化学方程式为； （3）用乙醇洗涤晶体，可减少晶体损失，且干燥时乙醇快速挥发； （4）电解熔融氯化镁可制得金属镁和氯气，反应方程式为。 【强化训练】 1．（24-25高一下·湖南长沙·期末）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溶液中，从而置换出铜 C．铝的冶炼通常采用电解法，可以电解熔融氯化铝 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】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。活泼金属（如Na、Al）用电解法，较活泼金属（如Fe、Cu）用热还原法，不活泼金属（如Hg、Ag）用热分解法，A正确；B．铜的湿法冶炼需用还原性比铜强的金属（如Fe）置换Cu，而钠会优先与水反应生成NaOH和H2，无法置换铜，B错误；C．铝的冶炼需电解熔融氧化铝，而非氯化铝，AlCl3属于共价化合物、熔融状态不导电，C错误；D．电解NaCl溶液生成NaOH、H2和Cl2，无法得到金属钠；制钠需电解熔融NaCl，D错误；故选A。 2．（24-25高一下·河北沧州·期末）矿石中含有丰富的金属元素，人类在长期的生产实践中探索出了各种冶炼金属的化学方法。下列有关说法错误的是 A．利用铝热反应可冶炼金属锰 B．选择不同方法冶炼不同金属的主要依据为金属熔点的高低 C．湿法炼铜的过程涉及了铁置换铜的反应 D．青铜器、金银的使用在铁器时代之前就存在 【答案】B 【解析】A．铝热反应利用铝的强还原性，可还原锰的氧化物冶炼金属锰，故A正确；B．金属冶炼方法主要依据金属活动性强弱，而非熔点高低，故B错误；C．湿法炼铜通过Fe与Cu2+反应置换出Cu，故C正确；D．青铜器（(铜锡合金)早于铁器，金银因性质稳定更早被使用，故D正确；答案为B。 3．（25-26高一上·江苏扬州·期末）金属冶炼的本质是将金属从其化合物中还原为单质。下列过程中，不属于金属冶炼的是 A．电解熔融氯化钠制取钠 B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁 C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应 D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜 【答案】B 【解析】A．电解熔融氯化钠制取钠，是从化合物(NaCl)中还原出金属单质(Na)，符合金属冶炼的定义，A正确；B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是将金属单质(Fe)转化为化合物(Fe3O4)，属于氧化反应，而非从化合物中还原出单质，B错误；C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应，是从化合物(Fe2O3)中还原出铁单质(Fe)，是将化合态的铁还原为单质铁，属于热还原法冶炼金属，C正确；D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜，是从化合物(CuSO4)中还原出铜单质(Cu)，属于湿法冶金，符合金属冶炼的定义，D正确；故答案选B。 4.（2025·辽宁鞍山·一模）《天工开物》介绍了锌的冶炼方法：把炉甘石(ZnCO3)和煤炭饼装入炼锌罐(如图所示)，泥封，“其底铺薪，发火煅红”，“冷定毁罐取出”。已知：锌的熔点为419℃，沸点为907℃。下列说法错误的是 A．反应区中，生成的气体只有CO2 B．冷凝区中，锌由气态转化为液态，理论上该区温度控制在419~907℃ C．“冷定”后取锌的原因是防止Zn在较高的温度下被氧化 D．炉甘石炼锌法中，气体的生成有利于该还原过程的发生 【答案】A 【解析】A．反应区中，炉甘石(ZnCO3)受热分解会生成ZnO和CO2，同时煤饼中的碳会与生成的CO2在高温下反应生成CO，CO还原ZnO生成Zn和CO2，所以生成的气体中不仅有CO2，还有CO，A错误；B．锌的熔点为419℃，沸点为907℃，冷凝区中，锌由气态转化为液态，则理论上该区温度控制在419~907℃，B正确；C．锌在较高温度下容易被空气中的氧气氧化，“冷定”后温度降低，锌的化学性质相对稳定，所以“冷定”后取锌的原因是防止Zn在较高的温度下被氧化，C正确；D．炉甘石炼锌法中，煤饼中的碳会与ZnCO3分解产生的CO2在高温下反应生成CO，CO可将ZnO还原为Zn，所以还原性气体CO的生成有利于该还原过程的发生，D正确；故选A。 5.（24-25高一下·安徽马鞍山·期末）工业上常以铝土矿(主要成分为，含少量)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如图： 下列说法正确的是 A．“溶解时发生反应的离子方程式为 B．“酸化”时可以用代替 C．“过滤2”中所得滤液的主要成分为 D．“熔融电解”时加入试剂X为冰晶石，用作催化剂 【答案】A 【分析】铝土矿(主要成分为，含少量)，加入NaOH溶液溶解后，滤渣为，滤液为溶液，通入过量的CO2生成Al(OH)3，过滤，滤液主要为碳酸氢钠溶液，滤渣为Al(OH)3，灼烧后得到Al2O3，加入冰晶石，在熔融状态下电解Al2O3，得到Al和氧气，冰晶石的作用是降低Al2O3的熔点。 【解析】A．由分析可知，加入NaOH溶液后，与氧化铝反应生成，反应的离子方程式为，故A正确；B．“酸化”时不可以用代替，因为如果过量会溶解Al(OH)3，故B错误；C．“过滤2”中所得滤液的主要成分为，故C错误；D．试剂X为冰晶石，作用是降低Al2O3的熔点，故D错误；答案选A。 6.（24-25高一下·四川眉山·期末）下列关于金属冶炼的说法错误的是 A．HgO受热分解，工业上可用热分解法制汞 B．工业上常用电解饱和食盐水制金属钠 C．铁的冶炼可以通过一氧化碳还原氧化铁来完成 D．铝热反应是指铝作还原剂将不如它活泼的其他金属从其化合物中置换出来 【答案】B 【解析】A．HgO受热易分解生成Hg和O2，工业上可用热分解法冶炼汞，A正确；B．工业上制金属钠需电解熔融NaCl，B错误；C．铁的冶炼通过CO还原Fe2O3生成Fe和CO2，属于还原法，C正确；D．铝热反应中铝作为还原剂，可置换出比其不活泼的金属（如Fe、Cr等），D正确；故选B。 7.（2025·广东深圳·一模）工业上常以铝土矿(主要成分为，含少量)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如下图。则下列说法错误的是 A．溶解时发生反应的离子方程式为 B．滤渣的主要成分为 C．“酸化”时可以用过量代替 D．“熔融电解”时加入试剂为冰晶石，用作助熔剂 【答案】C 【分析】铝土矿主要成分为，含少量，铝土矿加氢氧化钠“溶解”，氧化铝和氢氧化钠反应生成，不溶于氢氧化钠溶液，过滤1分离出，滤液中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，过滤2分离出氢氧化铝，氢氧化铝灼烧生成氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝。 【解析】A．铝土矿中为两性氧化物，能与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠，离子方程式为，A正确；B．为碱性氧化物，不与NaOH溶液反应，故溶解后过滤得到的滤渣主要成分为，B正确；C．“酸化”的目的是使转化为沉淀，若用过量HCl，会继续与HCl反应生成而溶解，无法得到沉淀；而为弱酸，过量时不溶解，故不能用过量HCl代替，C错误；D．熔融电解时加入冰晶石（），可降低的熔点，用作助熔剂，D正确；故答案选C。 8.（24-25高三上·山东青岛·开学考试）汉·陈琳《武军赋》：“铠则东胡阙巩，百炼精刚”。下列说法正确的是 A．钢是合金，合金是指含有两种或两种以上金属的混合物 B．炼铁常用的焦炉气可通过煤的气化获得 C．铁比铜活泼，铁的发现、大量冶炼和使用均早于铜 D．铁是比较活泼的金属，自然界中不存在游离态的铁 【答案】B 【解析】A．钢是铁和碳的合金，合金是两种或两种以上金属、或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质，A不正确；B．煤气化的主要成分为CO、H2、CH4等，炼铁常用的焦炉气主要成分为CO、H2等气体，所以炼铁常用的焦炉气可通过煤的气化获得，B正确；C．铁比铜活泼，铜的冶炼、使用均早于铁，C不正确；D．铁是比较活泼的金属，容易与氧气等发生反应，但自然界的陨铁中存在游离态的铁，D不正确；故选B。 9．（2025·江苏·模拟预测）工业用镁还原制备金属Ti，工艺流程如图。下列说法不正确的是 A．工业上可通过电解熔融制取金属Mg B．用金属Mg还原过程中需要通入作保护气 C．“真空蒸馏”的目的是使Mg、气化，实现与Ti的分离 D．制得海绵钛中含有少量金属Mg，可以用稀盐酸浸泡除Mg 【答案】B 【分析】工业生产一般采用电解熔融的方法制镁，所得Mg通过“高温还原”、发生反应制取金属钛，再经过真空蒸馏提纯钛等步骤得到钛产品。 【解析】A．由于MgO的熔点高，电解MgO制备金属Mg能耗大，工业生产一般采用电解熔融的方法制镁，故A正确；B．点燃下金属镁和能反应，则用金属镁还原过程中不能用作保护气，可通入Ar作保护气，故B错误；C．真空蒸馏时，需要将金属Mg、分离除去，由于金属钛的熔点很高，因此真空蒸馏的目的是为了降低单质Mg和的沸点，使Mg、气化，实现与Ti的分离，故C正确；D．制得海绵钛中含有少量金属Mg，Ti常温下不与稀盐酸反应，Mg反应，因此可以用稀盐酸浸泡除Mg，故D正确；故选B。 10.（2015·海南·高考真题）[选修2—化学与技术] Ⅰ.下列有关海水综合利用的说法正确的是 A．电解饱和食盐水可制得金属钠 B．海带提碘只涉及物理变化 C．海水提溴涉及到氧化还原反应 D．海水提镁涉及到复分解反应 Ⅱ.铁在自然界分别广泛，在工业、农业和国防科技中有重要应用。 回答下列问题： （1）用铁矿石（赤铁矿）冶炼生铁的高炉如图（a）所示。原料中除铁矿石和焦炭外含有 。除去铁矿石中脉石（主要成分为SiO2）的化学反应方程式为 、 ；高炉排出气体的主要成分有N2、CO2和 (填化学式)。 （2）已知：①Fe2O3 (s)+3C(s)="2Fe(s)+3CO(g)" ΔH=+494kJ·mol-1 ②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ·mol-1 ③C(s)+ O2(g)=CO(g) ΔH=-110kJ·mol-1 则反应Fe2O3 (s)+3 C(s)+ O2(g)=2Fe(s)+3CO2 (g) 的ΔH= kJ·mol-1。理论上反应 放出的热量足以供给反应 所需的热量（填上述方程式序号） （3）有人设计出“二步熔融还原法”炼铁工艺，其流程如图(b)所示，其中，还原竖炉相当于高炉的 部分，主要反应的化学方程式为 ；熔融造气炉相当于高炉的 部分。 （4）铁矿石中常含有硫，使高炉气中混有SO2污染空气，脱SO2的方法是 。 【答案】Ⅰ.CD Ⅱ.（1）石灰石 CaCO3CaO+CO2↑ CaO+SiO2CaSiO3 CO （2）-355 ②③ ① （3）炉身 Fe2O3 + 3CO2Fe+3CO2 炉腹（4）用碱液吸收 【解析】Ⅰ.A.制备金属钠要用熔融状态下氯化钠，A错误；B.海水提碘设计到化学变化，B错误；正确的选CD。 Ⅱ.（1）铁矿石中含有氧化铁和脉石，为除去脉石，可以加入石灰石，石灰石分解为氧化钙，氧化钙和二氧化硅反应生成硅酸钙；加入焦炭，先生成CO，最后生成CO2； （2）利用盖斯定律将①+②x3得到Fe2O3 (s)+3 C(s)+ O2(g)=2Fe(s)+3CO2 (g)的ΔH，因①为吸热反应，②③为放热反应，则②③反应放出的热量可使①反应； （3）高炉炼铁时，炉腰部分发生Fe2O3+3 CO====2Fe+3CO2,还原竖炉发生此反应，熔融造气炉和高炉的炉腹都发生2C+O22CO以及CaCO3CaO+CO2↑，CaO+SiO2CaSiO3反应； （4）高炉气中混有SO2，SO2为酸性气体，可与碱反应。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题01 金属的冶炼原理 1.了解金属在自然界中的存在形式（游离态、化合态），知道绝大多数金属以化合态存在，能列举常见金属（铁、铝、铜等）的主要矿物形式，建立“金属获取需通过冶炼”的基础认知。 2.掌握金属冶炼的核心原理——利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来，明确冶炼的实质是金属离子得到电子被还原为金属单质（Mn++ ne-=M），能结合氧化还原反应理论阐释冶炼过程的本质。 3.能根据金属活动性顺序表，区分并掌握电解法、热还原法、热分解法三种常见冶炼方法的适用范围，记住典型金属（如K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Cu、Hg、Ag等）对应的冶炼方法，能书写关键冶炼反应的化学方程式（如一氧化碳还原氧化铁、电解熔融氧化铝等）。 4.了解铝热反应的原理、实验现象及简单应用（如焊接钢轨、冶炼难熔金属），能书写相关化学方程式，初步认识热还原法的具体应用场景。 5.初步了解金属冶炼的一般步骤（采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼），能简要区分实验室模拟冶炼与工业冶炼在原理、装置、规模上的异同，理解化学原理对工业生产的指导作用。 一、金属在自然界中的存在形式 1.金属的存在形式由其活泼性决定，主要分为两种——在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属以游离态形式存在外，绝大多数金属元素以化合态形式存在： （1）游离态（单质形式）：仅极少数不活泼金属存在，如金（Au）、铂（Pt）等，这类金属化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，能在自然界中直接以单质形态存在。 （2）化合态（化合物形式）：绝大多数金属（如铁、铝、铜、钠等）均以化合态存在于矿物中，是金属的主要存在形式。常见实例：铁的矿物（赤铁矿Fe2O3、磁铁矿Fe3O4）、铝的矿物（铝土矿Al2O3·nH2O）、铜的矿物（黄铜矿CuFeS2、孔雀石Cu2(OH)2CO3）。 2.结论：金属活动性越强，越易与其他物质反应，越难以游离态存在，获取这类金属需通过冶炼反应。 二、金属冶炼的原理 1.本质：利用氧化还原反应，将金属从其化合物中还原出来，即金属离子（Mn⁺）得到电子（被还原），转化为金属单质（M）。 2.反应式：Mn++ ne-=M（n为金属离子的化合价，反应中金属离子作氧化剂，被还原）。 3.冶炼关键：金属离子得电子能力越强（对应金属单质失电子能力越弱，即金属活动性越弱），越容易被还原，冶炼难度越低；反之，冶炼难度越高。 4.冶炼方法与金属活动性的关系 金属活动性顺序 冶炼方法 典型金属 原理/举例 K、Ca、Na、Mg、Al 电解法 Al、Mg、Na 电解熔融化合物（如2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑） Zn、Fe、Sn、Pb、Cu 热还原法 Fe、Cu、Zn 用还原剂（C、CO、H2、Al）还原氧化物（如 3CO+Fe2O32Fe+3CO2） Hg、Ag 热分解法 Hg、Ag 加热分解氧化物（如 (2HgO↑2Hg+O2） Pt、Au 物理分离法 Au、Pt 直接从自然界中提取（如淘金） 三、金属冶炼的常用方法（按金属活动性顺序分类） 1.依据金属活动性顺序表（K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au），冶炼方法分为三类——金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。 （1）电解法（适用于：K~Al，最活泼金属） ①原理：这类金属的离子得电子能力极弱，无法用普通还原剂还原，需通过电解熔融的金属化合物（或其熔融盐）实现还原，消耗大量电能。 ②典型实例： a.电解熔融氯化钠冶炼钠：2NaCl(熔融)2Na + Cl2↑ b.电解熔融氯化镁冶炼镁：MgCl2(熔融)Mg + Cl2↑ c.电解熔融氧化铝冶炼铝（加冰晶石Na3AlF6降低熔点）：2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ （2）热还原法（适用于：Zn~Cu，中等活泼金属） ①原理：在高温条件下，用还原剂（C、CO、H₂、活泼金属等）将金属从其氧化物（或盐）中还原出来，是应用最广泛的冶炼方法。 ②常见还原剂及实例： a.碳（C）、一氧化碳（CO）还原（工业常用）： b.高炉炼铁（赤铁矿）：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 c.碳还原氧化铜：C+2CuO2Cu+CO2↑ d.氢气（H2）还原（适用于冶炼纯度较高的金属）：氢气还原氧化铜：H2+CuOCu + H2O ③铝热反应（活泼金属Al作还原剂，冶炼难熔金属）： a.原理：高温下，Al与金属氧化物反应，放出大量热，将金属还原出来。 b.实例（焊接钢轨、冶炼锰）：2Al + Fe2O3Al2O3 + 2Fe、4Al+3MnO2 2Al2O3 + 3Mn c.实验现象：剧烈反应、放出大量热，生成熔融态金属（可焊接钢轨）。 （3）热分解法（适用于：Hg、Ag，不活泼金属） ①原理：这类金属的氧化物稳定性弱，加热条件下可自行分解，生成金属单质和氧气，无需额外还原剂。 b.典型实例： Ⅰ.加热氧化汞冶炼汞：2HgO↑2Hg+O2 Ⅱ.加热氧化银冶炼银：2Ag2O4Ag + O2↑ （4）其他方法 a.Pt、Au的获取——淘洗法:Pt、Au化学性质极稳定，自然界中均以游离态存在，无需冶炼，直接通过物理方法（如淘金、富集）获取。 b.湿法炼铜：Fe与CuSO4溶液反应制取铜的化学方程式为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu c.火法炼铜：Cu2S在空气中高温灼烧可得到Cu：Cu2S+O2 2Cu + SO2 四、金属冶炼的一般步骤 工业上金属冶炼需经过四个核心步骤，循序渐进，确保冶炼效率和产品纯度： 1.采矿：开采含有目标金属的矿石（原矿）。 2.矿石富集（选矿）：除去矿石中的杂质（脉石，如SiO2），提高矿石中目标金属的含量，降低冶炼成本（如铝土矿需先除杂，得到较纯净的Al2O3）。 3.金属冶炼：根据金属活动性，选择合适的冶炼方法（电解法、热还原法、热分解法），将金属从其化合物中还原为粗金属。 4.金属精炼——提纯金属：除去粗金属中的杂质，得到纯度符合要求的金属（如电解精炼铜、精炼铝）。 五、冶炼注意事项与易错点 1. 冶炼铝时，只能电解熔融氧化铝，不能电解熔融氯化铝（AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电），需加冰晶石降低熔点。 2. 热还原法中，CO还原铁的氧化物（Fe2O3、Fe3O4）均需高温条件，反应产物为CO2（而非CO）。 3. 铝热反应的反应物是“Al + 金属氧化物”，反应条件为高温（通常用镁条引燃、氯酸钾助燃），产物一定有Al₂O₃和对应的金属单质。 4. 金属冶炼的难度与金属活动性正相关：金属越活泼，冶炼难度越大，冶炼成本越高（如铝的冶炼成本高于铁、铜）。 5. 区分“实验室冶炼”与“工业冶炼”：实验室侧重原理验证（装置简单、规模小），工业冶炼侧重效率、成本和环保（装置复杂、规模大，如高炉炼铁、电解铝工厂）。 六、金属的回收和资源保护——回收金属的意义 1.合理开发和利用金属矿物资源的原因 ①资源有限且分布不均 ②金属的冶炼消耗很多能量 ③金属冶炼造成环境污染 ④金属腐蚀造成大量损失 2.有效利用金属矿物的措施 ①提高金属矿物的利用率，节约矿物资源。 ②开发环保高效的金属冶炼方法，节约能源，减少环境污染。 ③防止金属的腐蚀，减少损失。 ④使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。 ⑤加强废旧金属的回收和再利用。 七、影响冶炼方法选择的因素与应用 1.影响冶炼方法选择的因素 ①金属活动性：活泼性越强，越难还原，需用更强的还原手段（如电解）。 ②成本与效率：电解法能耗高（如铝冶炼），热还原法更经济（如炼铁）。 ③资源与环境：原料纯度、副产品处理（如高炉煤气回收CO）、污染控制（如SO2尾气处理）。 2.应用 ①资源循环：废旧金属回收（如废铁炼钢、废铝重熔），减少矿石开采。 ②绿色冶金：开发低能耗技术（如光伏电解铝）、无氰冶炼工艺。 ③跨板块联系：与材料科学（高强度合金）、能源工程（氢能还原）结合。 题型01 考查金属冶炼方法的选择 【典例】（24-25高一下·福建泉州·月考）下列制备金属单质的方法或原理正确的是 A．在通电条件下，电解饱和食盐水制备金属Na B．在通电条件下，电解熔融MgO制备单质Mg C．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu 【变式】（24-25高一下·江西·期末）除了金、铂等极少数金属，绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。下列有关金属冶炼的说法错误的是 A．工业上常电解熔融的MgCl2冶炼金属镁： B．工业上冶炼金属铝常用的方法：： C．工业上可直接加热HgO冶炼Hg： D．工业上常利用铝热反应大规模冶炼铁： 题型02 考查金属冶炼工业流程与反应分析 【典例】（24-25高三上·河南·月考）钛有“二十一世纪的金属”、“全能金属”、“现代金属”的美称。以钛铁矿(FeTiO3中Ti为＋4价)为原料，经高温“氯化”制取金属钛的流程如下。下列叙述错误的是 A．“氯化”时矿料(FeTiO3＋C)与Cl2逆向而行，有利于反应充分进行 B．“氯化”时理论上参加反应的Cl2与CO物质的量之比为7：6 C．Mg高温还原TiCl4反应，应在N2氛围中进行 D．流程中所需要的“Mg”，可通过电解熔融MgCl2制取 【变式】（24-25高一下·山西太原·期末）工业上利用铝土矿(主要成分为，含、等杂质)冶炼铝的主要流程如下： 已知在“溶解”时转化为铝硅酸钠沉淀。下列叙述错误的是 A．“溶解”时适当增大NaOH溶液的浓度，可提高溶解速率 B．操作Ⅰ、Ⅱ均为“过滤”，Ⅲ为“灼烧” C．加入冰晶石的目的主要是降低的熔融温度，减少冶炼过程中的能耗 D．通入过量时，发生反应： 题型03 考查金属冶炼实验探究分析 【典例】（24-25高一下·河南信阳·期末）铝被誉为第二金属，铝合金材料广泛用于生产、生活中。工业上，以铝土矿（主要成分是Al2O3，含少量Fe2O3、MgO、SiO2等）为原料制备铝的工艺如图。 回答下列问题： （1）为了提高“酸浸”速率，宜采用措施有 （答出两条）。浸渣2的主要成分是 （填化学式）。 （2）“除杂”中，铝元素转化的离子方程式为 。 （3）“沉铝”中，需要加入过量的试剂X，试剂X宜选择 （填标号）。 A．稀盐酸    B．稀硫酸    C．CO2    D．氨水 如果将滤液蒸干、灼烧可得到一种化工产品，它的俗名是 。 （4）在实验室完成“灼烧”，不需要使用的仪器有______（填标号）。 A． B． C． D． （5）写出电解熔融Al2O3制备Al的化学方程式： 。 （6）工业上，下列金属的冶炼方法和冶炼铝的方法相同的是______（填标号）。 A．铜 B．银 C．铁 D．镁 【变式】（24-25高一下·吉林长春·期末）Ⅰ．金属及其化合物用途广泛，研究金属的提取、冶炼意义重大。 （1）下列各组金属，冶炼方法一定不同的是 (填字母)。 a．Hg、Ag    b．Na、Mg    c．Al、Fe Ⅱ．以铬铁矿(主要成分为FeO和，含有少量、等杂质)为主要原料生产化工原料重铬酸钠并制取铬，其主要工艺流程如下： 查阅资料得知：在碱性条件下，某些氧化剂能将氧化为。 （2）铬铁矿在加入硫酸前通常先粉碎，目的是 。 （3）“操作①”是 ，实验室模拟该操作用到的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、 。 （4）工业上可用固体A制取粗硅，写出反应的化学方程式： 。 （5）溶液D转化为溶液E过程中反应的离子方程式： 。 （6）溶液E酸化过程中发生的反应 (填“是”或“不是”)为氧化还原反应。 题型04 考查金属冶炼的有关计算 【典例】（26-27高一上·全国·单元测试）下列关于金属冶炼的叙述正确的是 A．工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁 B．金属钠、铝和铜都可用热还原法制备 C．电解熔融氯化镁可得金属镁 D．用足量CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子 【变式】（24-25高一下·全国·单元测试）冶炼金属一般有下列五种方法：①焦炭法；②水煤气(或)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． B． C． D． （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）钛有“未来钢铁”之称。工业上常以获得海绵状钛。该反应在下列哪种环境中进行___________(填字母)。 A．稀有气体中 B．空气中 C．氮气中 D．气体中 （4）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 。 题型05 考查金属冶炼的应用及基意义 【典例】（24-25高一下·福建漳州·期末）下列关于金属冶炼的说法正确的是 A．金属镁、铝都可以用电解熔融氯化物方法制得 B．可用铝热反应来冶炼金属镁 C．将金属钠加入溶液中制得金属钛 D．金属银、汞可用热分解法冶炼 【变式】（24-25高一下·河北石家庄·期末）我国夏代已经有青铜器，传说夏禹铸九鼎，史料中更有夏禹之子夏启炼铜的记载。冶铁技术大约出现在西周(公元前1046年～公元前771年)时期，冶炼出生铁使我国成为世界上最早发明和使用生铁的国家。下列有关金属冶炼的说法中不正确的是 A．金属的冶炼先后，主要取决于金属的活动性强弱 B．炼铁时，加入石灰石的作用是用于除去铁矿石中的二氧化硅 C．金属冶炼的过程就是被冶炼的金属得电子被还原的过程 D．氯化钠是一种来自海洋的重要化工原料，可以制备钠单质、烧碱、纯碱，以上过程均为氧化还原反应 【巩固训练】 1.（24-25高一下·江苏盐城·期中）下列金属的冶炼一般不用电解的是 A．Fe B．Ca C．Al D．Na 2．（24-25高一下·四川绵阳·月考）下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是 A． B． C． D． 3．（24-25高一下·天津南开·期末）下列关于金属冶炼方法的说法错误的是 A．因为氧化铝熔点高，工业上用电解熔融氯化铝的方法冶炼铝 B．用热还原法冶炼金属铁时，可选用一氧化碳、铝等作还原剂 C．可通过加热氧化汞分解得到金属汞 D．湿法炼铜的原理是铁与硫酸铜溶液发生置换反应 4．（2025高一下·湖南娄底·学业考试）金属的冶炼对于化工生产和生活十分重要，下列金属要通过电解法冶炼的是 A．Al B．Fe C．Cu D．Ag 5．（25-26高一·全国·月考）下列关于金属冶炼方法的说法中，错误的是 A．电解熔融氧化铝冶炼铝，利用了电解池原理 B．用热还原法冶炼铁，常用焦炭或一氧化碳作还原剂 C．金属钠的冶炼可采用热分解法，加热氯化钠获得钠单质 D．湿法炼铜的原理是铁与硫酸铜溶液发生置换反应 6．（24-25高一下·宁夏银川·期末）在明代宋应星所著的《天工开物》中，有关火法炼锌的工艺记载：“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，罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出。∙∙∙∙∙∙即倭铅也。∙∙∙∙∙∙然后以其似铅而性锰，故名之曰倭云”(注：炉甘石的主要成分是碳酸锌)。下列说法正确的是 A．工业上金属Mg的冶炼方法与锌的冶炼方法一样 B．古代火法炼锌涉及的主要反应为：ZnCO3+2CZn+3CO↑ C．煤炭干馏属于物理变化 D．火法炼锌时需往泥罐中注入大量空气 7．（24-25高一下·河北保定·期末）下列关于金属冶炼的说法中正确的是 A．电解饱和食盐水制取钠 B．热还原法制取汞、银 C．利用铝热反应制取铬、锰 D．利用热分解法制取铜 8．（24-25高一下·福建·期末）下列金属的冶炼方法正确的是 A．金——电解法 B．钠——热还原法 C．铝——热分解法 D．汞——热分解法 9．（24-25高一下·上海·期末）下列金属中，人类最先广泛使用的是 A．铁 B．铝 C．铜 D．钠 10.（24-25高一下·河北廊坊·期中）镁及其合金是一种用途很广的金属材料。大量的镁是从海水(主要含有、，泥沙已除去)中提取的，其中的主要步骤如下： 回答下列问题： （1）“沉淀”时，反应的离子方程式为 ；滤液1中主要含有的金属阳离子是 。 （2）“中和”时，搅拌的作用是 ；该反应的化学方程式为 。 （3）用乙醇洗涤操作X后所得的晶体的优点是 。 （4）电解熔融氯化镁制取金属镁的反应方程式为 。 【强化训练】 1．（24-25高一下·湖南长沙·期末）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溶液中，从而置换出铜 C．铝的冶炼通常采用电解法，可以电解熔融氯化铝 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 2．（24-25高一下·河北沧州·期末）矿石中含有丰富的金属元素，人类在长期的生产实践中探索出了各种冶炼金属的化学方法。下列有关说法错误的是 A．利用铝热反应可冶炼金属锰 B．选择不同方法冶炼不同金属的主要依据为金属熔点的高低 C．湿法炼铜的过程涉及了铁置换铜的反应 D．青铜器、金银的使用在铁器时代之前就存在 3．（25-26高一上·江苏扬州·期末）金属冶炼的本质是将金属从其化合物中还原为单质。下列过程中，不属于金属冶炼的是 A．电解熔融氯化钠制取钠 B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁 C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应 D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜 4.（2025·辽宁鞍山·一模）《天工开物》介绍了锌的冶炼方法：把炉甘石(ZnCO3)和煤炭饼装入炼锌罐(如图所示)，泥封，“其底铺薪，发火煅红”，“冷定毁罐取出”。已知：锌的熔点为419℃，沸点为907℃。下列说法错误的是 A．反应区中，生成的气体只有CO2 B．冷凝区中，锌由气态转化为液态，理论上该区温度控制在419~907℃ C．“冷定”后取锌的原因是防止Zn在较高的温度下被氧化 D．炉甘石炼锌法中，气体的生成有利于该还原过程的发生 5.（24-25高一下·安徽马鞍山·期末）工业上常以铝土矿(主要成分为，含少量)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如图： 下列说法正确的是 A．“溶解时发生反应的离子方程式为 B．“酸化”时可以用代替 C．“过滤2”中所得滤液的主要成分为 D．“熔融电解”时加入试剂X为冰晶石，用作催化剂 6.（24-25高一下·四川眉山·期末）下列关于金属冶炼的说法错误的是 A．HgO受热分解，工业上可用热分解法制汞 B．工业上常用电解饱和食盐水制金属钠 C．铁的冶炼可以通过一氧化碳还原氧化铁来完成 D．铝热反应是指铝作还原剂将不如它活泼的其他金属从其化合物中置换出来 7.（2025·广东深圳·一模）工业上常以铝土矿(主要成分为，含少量)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如下图。则下列说法错误的是 A．溶解时发生反应的离子方程式为 B．滤渣的主要成分为 C．“酸化”时可以用过量代替 D．“熔融电解”时加入试剂为冰晶石，用作助熔剂 8.（24-25高三上·山东青岛·开学考试）汉·陈琳《武军赋》：“铠则东胡阙巩，百炼精刚”。下列说法正确的是 A．钢是合金，合金是指含有两种或两种以上金属的混合物 B．炼铁常用的焦炉气可通过煤的气化获得 C．铁比铜活泼，铁的发现、大量冶炼和使用均早于铜 D．铁是比较活泼的金属，自然界中不存在游离态的铁 9．（2025·江苏·模拟预测）工业用镁还原制备金属Ti，工艺流程如图。下列说法不正确的是 A．工业上可通过电解熔融制取金属Mg B．用金属Mg还原过程中需要通入作保护气 C．“真空蒸馏”的目的是使Mg、气化，实现与Ti的分离 D．制得海绵钛中含有少量金属Mg，可以用稀盐酸浸泡除Mg 10.（2015·海南·高考真题）[选修2—化学与技术] Ⅰ.下列有关海水综合利用的说法正确的是 A．电解饱和食盐水可制得金属钠 B．海带提碘只涉及物理变化 C．海水提溴涉及到氧化还原反应 D．海水提镁涉及到复分解反应 Ⅱ.铁在自然界分别广泛，在工业、农业和国防科技中有重要应用。 回答下列问题： （1）用铁矿石（赤铁矿）冶炼生铁的高炉如图（a）所示。原料中除铁矿石和焦炭外含有 。除去铁矿石中脉石（主要成分为SiO2）的化学反应方程式为 、 ；高炉排出气体的主要成分有N2、CO2和 (填化学式)。 （2）已知：①Fe2O3 (s)+3C(s)="2Fe(s)+3CO(g)" ΔH=+494kJ·mol-1 ②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ·mol-1 ③C(s)+ O2(g)=CO(g) ΔH=-110kJ·mol-1 则反应Fe2O3 (s)+3 C(s)+ O2(g)=2Fe(s)+3CO2 (g) 的ΔH= kJ·mol-1。理论上反应 放出的热量足以供给反应 所需的热量（填上述方程式序号） （3）有人设计出“二步熔融还原法”炼铁工艺，其流程如图(b)所示，其中，还原竖炉相当于高炉的 部分，主要反应的化学方程式为 ；熔融造气炉相当于高炉的 部分。 （4）铁矿石中常含有硫，使高炉气中混有SO2污染空气，脱SO2的方法是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $