专题9 第一单元 金属的冶炼方法 学案(含答案)

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名称 专题9 第一单元 金属的冶炼方法 学案(含答案)
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文件大小 1.1MB
资源类型 教案
版本资源 苏教版(2019)
科目 化学
更新时间 2023-02-08 16:07:50

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第一单元 金属的冶炼方法
[核心素养发展目标] 1.熟知铁、铝的冶炼原理和方法。2.知道金属在自然界中的存在形态和金属冶炼的一般方法,会写相关的化学方程式。3.认识我国古代文明与金属冶炼的关系,感受物质制备中丰富的化学思想。
一、金属的存在形式
1.金属的存在形式
(1)金属材料既有良好的______性,坚固耐用,而且还有______、导热等诸多优良性能。
(2)大量的金属元素存在于地壳的______中,地壳中的大部分金属元素都是以______形式存在的。如铁元素存在于赤铁矿(主要成分为________)中,铝元素存在于铝土矿(主要成分为________)中。
(3)在自然界中,只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中,如自然________和自然________等。
(4)除了地壳外,还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中,如钠、镁、锰等。
2.金属的存在形式与其活动性的关系
(1)活动性较________的金属,在自然界以各种各样的____________存在。
(2)活动性较________的金属,有可能以____________形式存在。
3.铁、银元素的存在形式
(1)铁元素在自然界中存在形式既有________也有________,主要以________的形式存在。铁元素有________(主要存在于________中)、__________和__________等存在形式。
(2)银元素有________、________、________等存在形式。
(1)由于铁性质比较活泼,所以自然界中没有游离态的铁单质(  )
(2)金属元素主要存在于地壳的矿石中,海洋中几乎没有金属元素(  )
(3)由于银的活动性较弱,在自然界中,只有游离态的自然银没有化合态的银矿石(  )
(4)铝的活动性较强,所以铝被人类开发利用的年限较早(  )
(5)金属铜是人类使用和开发比较早的金属之一(  )
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。
1.下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是(  )
A.地壳中含量最高的金属是铁,其次是铝
B.铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中
C.铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中
D.金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
2.下列叙述正确的是(  )
A.所有金属元素都只存在于地壳中
B.铁元素主要以化合态存在于自然界
C.常温下所有的金属都是固态
D.金属元素大多数以游离态存在于自然界
二、金属的冶炼
1.金属冶炼
(1)定义:利用____________使金属元素从__________变为__________的过程。
(2)金属冶炼的实质
金属离子金属单质,即Mn++ne-===M。
(3)金属的冶炼方法
①热分解法:适合冶炼__________________的金属。
例如:________________________________________________________________________,
2HgO2Hg+O2↑。
②高温还原法:用____________________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。
例如:2Al+Cr2O32Cr+Al2O3。
③电解法:适合冶炼____________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)___________,2NaCl(熔融)______________________,
2Al2O3(熔融)________________。
2.铁的冶炼(高炉炼铁)
(1)原料:________、________、________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____________出来。
(4)冶炼过程
3.铝热反应
(1)铝热反应实验中的有关问题
实验装置
实验现象 ①镁条_____________________________________,氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应;②纸漏斗__________
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__________、活动性____于Al的金属,如钒、铬、锰、钨等; ②金属焊接,如__________等
(2)概念
①铝热反应是指工业上用________来还原一些______________(如V2O5、Cr2O3、MnO2等)得到金属________的一类反应。
②铝热剂:________与某些难熔的__________(如Fe2O3等)以______________形成的混合物。
4.知识拓展:冶炼铝的两种工艺流程
(1)
有关反应的化学方程式:
①碱溶:________________________________________________________________________;
②酸化:________________________________________________________________________;
③灼烧:________________________________________________________________________;
④电解:________________________________________________________________________。
(2)
有关反应的化学方程式:
①酸溶:________________________________________________________________________;
②碱化:________________________________________________________________________;
③灼烧:2Al(OH)3Al2O3+3H2O;
④电解:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。
(1)化合态的金属元素被还原时,一定得到相应的金属单质(  )
(2)金属冶炼过程中,被冶炼的金属既可被氧化,也可被还原(  )
(3)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼(  )
(4)Al与MgO也能发生铝热反应(  )
(5)铁元素只以化合态形式存在于矿石中(  )
1.工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg,而MgO比MgCl2更易获得,为什么不电解熔融MgO制取镁呢?(MgO的熔点:2 852 ℃,MgCl2的熔点:714 ℃)
2.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_____________________________________________。
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.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CuSO4溶液中,从而置换出铜
C.铁通常采用高温还原法冶炼,加入石灰石的目的是除去过量的碳
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
3.请写出冶炼下列金属的化学方程式。
(1)加热氧化汞可以得到单质汞,同时生成氧气:____________________________________。
(2)在高温下,一氧化碳与氧化铁反应可以制得金属铁:______________________________。
(3)湿法炼铜(将铁加入硫酸铜溶液中):
________________________________________________________________________。
(4)电解熔融氯化钠制得金属钠:
________________________________________________________________________。
(1)金属的冶炼方法与金属活动性的关系
(2)在工业上还有一种冶炼方法叫做湿法冶金,即利用活泼金属把不活泼金属从它的盐溶液中置换出来。例如:CuSO4+Fe===Cu+FeSO4。
1.(2022·重庆高一期末)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
2.下列有关高炉炼铁的说法正确的是(  )
A.还原氧化铁的还原剂是焦炭
B.采用富氧空气可以得到纯铁
C.加入的石灰石只会产生炉渣无其他作用
D.用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿
3.在冶金工业上,均能用化学还原剂制得的一组金属是(  )
A.Na、Mg、Al B.Na、Zn、Fe
C.Zn、Fe、Cu D.Mg、Al、Zn、Fe
4.工业上制备下列金属,采用的化学反应原理正确的是(  )
A.镁:2MgO(熔融)2Mg+O2↑
B.钙:CaO+CCa+CO↑
C.锰:3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3
D.汞:HgSHg+S
5.金属与人类生活和社会发展的关系非常密切。
(1)如图表示金属活动性顺序表中铜、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。
图中信息可以说明:铜、铁和铝的金属活动性强弱与人类开发、利用它们的时间先后的关系是________________________________________________________________________。
金属铬(Cr)能溶解在热的盐酸中,放出H2,同时生成CrCl2,预测:铬________(填“能”或“不能”)与硫酸铜溶液反应,理由是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)炼铁的原理是高温下,利用一氧化碳与氧化铁的反应,其反应的化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3X,则X的化学式是____________。
(3)工业上,采用电解熔融氧化铝(Al2O3)的方法冶炼铝,电解熔融氧化铝生成铝和氧气,写出反应的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第一单元 金属的冶炼方法
一、
1.(1)可塑 导电 (2)矿石 化合态 Fe2O3 Al2O3 (3)金 银
2.(1)强 化合态 (2)弱 游离态
3.(1)游离态 化合态 化合态 单质 陨石 氧化物 硫酸盐 (2)自然银 辉银矿(Ag2S) 碲银矿(Ag2Te)
正误判断
(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
深度思考
(1)铁的金属活动性较铜强,自然铁主要存在于陨石中。
(2)金属的活动性越弱,人类开发、利用它的时间越早;金属的活动性越强,人类开发、利用它的时间越晚。
(3)金属Na、Mg
应用体验
1.A [地壳中含量最高的金属是铝,其次是铁;金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关,铝、铁在自然界中以化合态形式存在,金、铂在自然界中以游离态形式存在。]
2.B
二、
1.(1)化学反应 化合态 游离态 (3)①金属活动性较差 2Ag2O4Ag+O2↑ ②还原剂(CO、C、H2和活泼金属等) ③金属活动性较强 Mg+Cl2↑ 2Na+Cl2↑ 4Al+3O2↑
2.(1)铁矿石 焦炭 石灰石 (3)还原 (4)C+O2CO2 C+CO22CO Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
3.(1)为铝热反应提供高温条件 产生氧气,引发反应 氧化铁和铝粉的混合物 剧烈燃烧,放出大量的热,并发出耀眼的白光 下部被烧穿,有熔融物落入沙中 Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 熔点较高 弱 焊接钢轨 (2)①铝粉 金属氧化物 单质 ②铝粉 金属氧化物 一定比例
4.(1)①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O ②NaAlO2+CO2(过量)+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3 ③2Al(OH)3Al2O3+3H2O ④2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 
(2)①Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O ②AlCl3+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4Cl
正误判断
(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
深度思考
1.由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点,将MgO熔融需要的能量较多,所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg,冶炼金属也要考虑节能减排。
2.(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。
应用体验
1.C [由题意知描述的是汞的冶炼,采用热分解的方法,银也是不活泼金属,采用热分解法冶炼。]
2.A [B项,湿法炼铜是用铁置换出铜;C项,炼铁中加入石灰石是为了除去二氧化硅杂质;D项,工业上电解熔融的NaCl来制取Na。]
3.(1)2HgO2Hg+O2↑
(2)3CO+Fe2O32Fe+3CO2
(3)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
(4)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
随堂演练 知识落实
1.D [自然界中存在游离态的氮元素,如氮气,故不选A;自然界中存在游离态的铁元素,如从陨石中能找到游离态的铁,故不选B;自然界中存在游离态的硫元素,如硫黄,故不选C;钠元素性质活泼,钠元素在自然界只能以化合态形式存在,故选D。]
2.D [焦炭发生的反应:C+O2CO2、CO2+C2CO,其中CO将铁矿石中的铁还原成铁单质,A项错误;高炉炼铁得到的只是含碳量为2%~4.5%的生铁,不会得到纯铁,B项错误;加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰,生石灰再与SiO2反应生成CaSiO3炉渣,除去杂质SiO2,C项错误。]
3.C [Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法;Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法。]
4.C [工业上电解熔融的氯化镁来制取金属Mg,A错误;钙的工业制法与镁相似,电解熔融的氯化钙,B错误;工业制取Mn用高温还原法,单质Al与二氧化锰发生置换反应,C正确;汞单质的制取用热分解法,分解HgO得到Hg单质,D错误。]
5.(1)金属的活动性越弱,人类开发利用它的时间越早 能 铬排在氢前,而铜排在氢后,铬的活动性大于铜 (2)CO2 (3)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑