专题9 金属与人类文明
第一单元 金属的冶炼方法
基础巩固
1.下列成语或谚语中蕴含着一定的化学知识或原理,下列有关说法错误的是( )。
A.百炼成钢——通过反复锤炼,除去铁中部分杂质,使其转化为钢
B.水滴石穿——CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2(以大理石为例)
C.恨铁不成钢——钢的性能远优于铁
D.真金不怕火炼——单质金的熔点很高
2.化学学科的发展对人类文明的进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是( )。
A.铝热反应常用于冶炼某些金属,如K、Ca、Cr、Mn等
B.工业电解熔融态的Al2O3制Al时,加冰晶石的主要作用是提高Al的产量
C.工业上可用电解熔融态的MgO来制备Mg
D.工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4
3.古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、锡。下列说法错误的是( )。
A.用焦炭高温还原SnO2可得到Sn
B.用H2还原Fe2O3可得到Fe
C.Cu2S与过量O2共热产物中只含Cu
D.Ag2O直接加热分解可得到Ag
4.下列对铝热反应的说法错误的是( )。
A.铝热剂中还原剂是铝粉
B.铝热剂是纯净物
C.铝与Fe2O3可组成铝热剂
D.铝热反应是放热反应
5.下列各组物质中,均能使Fe2O3还原成单质铁的是( )。
A.CO、O2、H2 B.CO、CO2、C
C.CO2、H2O、O2 D.Al、C、H2
6.某化学探究小组成员对“校运会奖牌”的成分进行三种猜想:①由纯金制成,②由金银合金制成,③由黄铜(铜锌合金)制成。为验证他们的猜想,该小组成员取制造这种金牌的材质粉末进行实验。你认为在该粉末中应加入的试剂是( )。
A.CuSO4溶液 B.稀硝酸
C.盐酸 D.AgNO3溶液
7.铝的活动性较强,直到18世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝的价格十分昂贵,拿破仑的头盔就是用Al制作的,现在还保存在大英博物馆中。下列冶炼铝的方法正确的是( )。
A.Al2O3(熔融)Al
B.Al2O3AlCl3(熔融)Al
C.Al(OH)3Al
D.Al2O3Al
8.下列关于自然界存在的矿物及对应的冶炼方法错误的是( )。
A.软锰矿(MnO2)精选后可以用铝进行冶炼
B.辉铜矿(Cu2S)精选后在高温下通入空气进行冶炼
C.铝土矿(Al2O3)在熔融条件下加入冰晶石进行冶炼
D.黄铁矿(FeS2)燃烧后的固体可用焦炭进行冶炼
9.铁是应用最广泛的金属,自远古时代人类就学会了炼铁,到目前为止,人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程,实验装置如下。
(1)写出得到单质铁的化学方程式: 。
(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑,请设计一个实验来验证生成了单质铁: 。
(3)装置末端气球的作用: 。实验结束时,应该先停止加热还是先停止通入CO 原因是什么 。
能力提升
1.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,②2Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。在该炼铁工艺中,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需,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
2.通常工业上冶炼钼的反应过程为①2MoS2+7O22MoO3+4SO2,②MoO3+2NH3·H2O(NH4)2MoO4+H2O,③(NH4)2MoO4+2HClH2MoO4↓+2NH4Cl,④H2MoO4MoO3+H2O,⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法中正确的是( )。
A.MoS2煅烧产生的尾气不能直接排放
B.MoO3是金属氧化物,也是碱性氧化物
C.H2MoO4是一种强酸
D.利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3,所消耗还原剂的物质的量之比为2∶2∶3
3.(双选)铝土矿中含有氧化铝、氧化铁和二氧化硅等,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法不正确的是( )。
A.①②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价不相同
C.③中需要通入过量的氨
D.④进行的操作是加热,而且d是氧化铝
4.赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(Cu2O),辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(Cu2S),将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应:Cu2S+2Cu2O6Cu+SO2↑。下列对于该反应的说法中,正确的是( )。
A.该反应中的氧化剂只有Cu2O
B.Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂
C.Cu既是氧化产物又是还原产物
D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为6∶1
5.自然界中钨主要以钨(Ⅵ)酸盐的形式存在。黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4)。黑钨矿的传统冶炼工艺流程图如下。
(1)已知上述转化中,除最后一步外,W的化合价未发生变化,则产品C的化学式为 ;如何将其冶炼成单质(用化学方程式表示): 。根据金属的活动性不同,金属的冶炼方法一般有 、 、 三种。
(2)写出第一步转化中“Mn2+MnO2”的离子方程式: 。
6.某校化学兴趣小组同学为了克服传统铝热反应纸漏斗易燃烧、火星四射等缺点,将实验改成以下装置,取磁性氧化铁在如图A装置中进行铝热反应,冷却后得到“铁块”混合物。
图A
图B
(1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条作引发剂,其原因是 。
(2)该铝热反应的化学方程式为 。
(3)取反应后的“铁块”研碎取样称量,加入如图B装置,滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体体积以测量样品中残留铝的百分含量。
试回答下列问题。
①量气管在读数时必须进行的步骤是 。
②取1 g样品进行上述实验,共收集到44.8 mL气体(换算成标准状况),则铝的百分含量为 。
③装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通,除了可以平衡压强让液体顺利滴入试管之外,还可以起到降低实验误差的作用。如果装置没有橡胶管,测出铝的百分含量将会 (填“偏大”或“偏小”)。
专题9 金属与人类文明
第一单元 金属的冶炼方法
基础巩固
1.下列成语或谚语中蕴含着一定的化学知识或原理,下列有关说法错误的是( )。
A.百炼成钢——通过反复锤炼,除去铁中部分杂质,使其转化为钢
B.水滴石穿——CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2(以大理石为例)
C.恨铁不成钢——钢的性能远优于铁
D.真金不怕火炼——单质金的熔点很高
答案:D
解析:百炼成钢的原理是生铁中的碳在高温下与氧气反应生成二氧化碳,使生铁中的含碳量降低,除去铁中部分杂质,使其转化为钢,A项说法正确;水滴石穿是因为水、二氧化碳与大理石的主要成分碳酸钙反应生成易溶于水的碳酸氢钙,CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2,B项说法正确;恨铁不成钢——钢的部分性能远优于铁,C项说法正确;真金不怕火炼这句话的意思是:因为金元素的化学性质稳定,通常在高温条件下也不易与其他物质发生化学反应,且单质金的熔点不是很高,低于铁或铜的熔点,D项说法错误。
2.化学学科的发展对人类文明的进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是( )。
A.铝热反应常用于冶炼某些金属,如K、Ca、Cr、Mn等
B.工业电解熔融态的Al2O3制Al时,加冰晶石的主要作用是提高Al的产量
C.工业上可用电解熔融态的MgO来制备Mg
D.工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4
答案:D
解析:铝热反应常用于冶炼还原性比Al弱的金属,故不能冶炼K、Ca等,A项错误;工业冶炼铝时,加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔化温度,节省能源,B项错误;工业上通过电解熔融MgCl2来制备Mg,C项错误;将铜粉放在稀硫酸中,不断通入空气,加热即可生成CuSO4,D项正确。
3.古代炼丹的五金通常是指金、银、铜、铁、锡。下列说法错误的是( )。
A.用焦炭高温还原SnO2可得到Sn
B.用H2还原Fe2O3可得到Fe
C.Cu2S与过量O2共热产物中只含Cu
D.Ag2O直接加热分解可得到Ag
答案:C
解析:根据金属活动性顺序知,可以用高温还原法冶炼Sn,因此用焦炭高温还原SnO2可得到Sn,A项正确;根据金属活动性顺序知,可以用高温还原法冶炼Fe,因此用H2还原Fe2O3可得到Fe,B项正确;铜能够与氧气反应,Cu2S与过量O2共热产物中还含有CuO等,C项错误;银的活动性较差,工业上将Ag2O直接加热分解可得到Ag,D项正确。
4.下列对铝热反应的说法错误的是( )。
A.铝热剂中还原剂是铝粉
B.铝热剂是纯净物
C.铝与Fe2O3可组成铝热剂
D.铝热反应是放热反应
答案:B
解析:Al和Fe2O3可组成铝热剂,属于混合物,其中铝作还原剂,铝热反应是放热反应,故选B。
5.下列各组物质中,均能使Fe2O3还原成单质铁的是( )。
A.CO、O2、H2 B.CO、CO2、C
C.CO2、H2O、O2 D.Al、C、H2
答案:D
解析:Fe是化学性质较活泼的金属,用强还原剂(如Al、C、H2、CO等)在一定条件下能把铁从其氧化物中还原出来。
6.某化学探究小组成员对“校运会奖牌”的成分进行三种猜想:①由纯金制成,②由金银合金制成,③由黄铜(铜锌合金)制成。为验证他们的猜想,该小组成员取制造这种金牌的材质粉末进行实验。你认为在该粉末中应加入的试剂是( )。
A.CuSO4溶液 B.稀硝酸
C.盐酸 D.AgNO3溶液
答案:B
解析:只有Zn能与CuSO4溶液、盐酸反应,金、银、铜都不与CuSO4溶液、盐酸反应,A、C项错误;金不能与硝酸反应,银能与硝酸反应,Cu、Zn都能与硝酸反应,且Cu(NO3)2溶液呈蓝色,用稀硝酸可以验证①②③三种猜想,B项正确;金、银都不与AgNO3溶液反应,不能验证①②两种猜想,D项错误。
7.铝的活动性较强,直到18世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝的价格十分昂贵,拿破仑的头盔就是用Al制作的,现在还保存在大英博物馆中。下列冶炼铝的方法正确的是( )。
A.Al2O3(熔融)Al
B.Al2O3AlCl3(熔融)Al
C.Al(OH)3Al
D.Al2O3Al
答案:A
解析:H2、CO、C等皆不能将Al(OH)3或Al2O3还原为Al,C、D不正确;AlCl3是共价化合物,熔融后不导电,B不正确。
8.下列关于自然界存在的矿物及对应的冶炼方法错误的是( )。
A.软锰矿(MnO2)精选后可以用铝进行冶炼
B.辉铜矿(Cu2S)精选后在高温下通入空气进行冶炼
C.铝土矿(Al2O3)在熔融条件下加入冰晶石进行冶炼
D.黄铁矿(FeS2)燃烧后的固体可用焦炭进行冶炼
答案:C
解析:电解氧化铝制金属铝时,要加入冰晶石,使氧化铝在较低温度下熔化,C项错误。
9.铁是应用最广泛的金属,自远古时代人类就学会了炼铁,到目前为止,人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程,实验装置如下。
(1)写出得到单质铁的化学方程式: 。
(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑,请设计一个实验来验证生成了单质铁: 。
(3)装置末端气球的作用: 。实验结束时,应该先停止加热还是先停止通入CO 原因是什么 。
答案:(1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
(2)取少量粉末放入试管中,加少量盐酸,若产生无色无味气体,则证明生成了单质铁(答案合理即可)
(3)收集CO,防止污染空气 先停止加热,防止生成的铁再次被氧化
解析:(2)检验是否生成了单质铁,在反应结束后,待玻璃管内的固体冷却,取少量放入试管中,加少量盐酸,若产生无色无味气体(H2),则证明生成了单质铁。(3)反应结束后,得到的铁还是炽热的,若先停止通入CO,会导致铁又被氧化,所以,应该先停止加热,待玻璃管内的固体冷却后,再停止通入CO。
能力提升
1.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,②2Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。在该炼铁工艺中,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需,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。
2.通常工业上冶炼钼的反应过程为①2MoS2+7O22MoO3+4SO2,②MoO3+2NH3·H2O(NH4)2MoO4+H2O,③(NH4)2MoO4+2HClH2MoO4↓+2NH4Cl,④H2MoO4MoO3+H2O,⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法中正确的是( )。
A.MoS2煅烧产生的尾气不能直接排放
B.MoO3是金属氧化物,也是碱性氧化物
C.H2MoO4是一种强酸
D.利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3,所消耗还原剂的物质的量之比为2∶2∶3
答案:A
解析:反应①的生成物SO2对环境污染严重,不能直接排放,A项正确;根据②中生成物(NH4)2MoO4可知,该化合物属于盐,因此MoO3为酸性氧化物,对应的酸是H2MoO4,故MoO3不属于碱性氧化物,B项错误;根据反应③可知,H2MoO4是一种不溶性酸,由HCl发生复分解反应制得,故H2MoO4不是强酸,C项错误;1molH2、1molCO和1molAl作还原剂时,失去电子的物质的量分别为2mol、2mol和3mol,还原等量的MoO3转移的电子数相同,因此n(H2)∶n(CO)∶n(Al)=3∶3∶2,D项错误。
3.(双选)铝土矿中含有氧化铝、氧化铁和二氧化硅等,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法不正确的是( )。
A.①②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价不相同
C.③中需要通入过量的氨
D.④进行的操作是加热,而且d是氧化铝
答案:BC
解析:加入盐酸,二氧化硅不反应,需要通过过滤操作除去二氧化硅;加入过量的氢氧化钠溶液生成氢氧化铁沉淀,需要通过过滤操作除去氢氧化铁,A项正确;a溶液中有AlCl3,b溶液中有NaAlO2,a、b中铝元素的化合价均为+3价,B项错误;③中要将偏铝酸根离子转化为氢氧化铝,需通入二氧化碳气体,C项错误;④主要是氢氧化铝受热分解,故进行的操作为加热,D项正确。
4.赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(Cu2O),辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(Cu2S),将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应:Cu2S+2Cu2O6Cu+SO2↑。下列对于该反应的说法中,正确的是( )。
A.该反应中的氧化剂只有Cu2O
B.Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂
C.Cu既是氧化产物又是还原产物
D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为6∶1
答案:B
解析:反应中,Cu2S和Cu2O中+1价的铜元素得电子生成0价的Cu,所以Cu2S和Cu2O都是氧化剂,A项错误;硫化亚铜中硫元素的化合价升高,铜元素的化合价降低,所以Cu2S在反应中既是氧化剂,又是还原剂,B项正确;反应中,+1价的铜元素得电子生成0价的Cu,所以Cu是还原产物,C项错误;根据Cu2S+2Cu2O6Cu+SO2↑可知,氧化产物和还原产物的物质的量之比是1∶6,D项错误。
5.自然界中钨主要以钨(Ⅵ)酸盐的形式存在。黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4)。黑钨矿的传统冶炼工艺流程图如下。
(1)已知上述转化中,除最后一步外,W的化合价未发生变化,则产品C的化学式为 ;如何将其冶炼成单质(用化学方程式表示): 。根据金属的活动性不同,金属的冶炼方法一般有 、 、 三种。
(2)写出第一步转化中“Mn2+MnO2”的离子方程式: 。
答案:(1)WO3 WO3+3H2W+3H2O 热分解法 高温还原法 电解法
(2)2Mn2++O2+4OH-2MnO2+2H2O。
解析:(1)由工艺流程图中各物质的转化关系可知MnO2、Fe2O3进入滤渣,滤液A中含Na+、W,加入浓盐酸后沉淀为H2WO4,煅烧H2WO4得WO3,用氢气还原得W。
(2)根据题中信息可得Mn2+MnO2的离子方程式:2Mn2++O2+4OH-2MnO2+2H2O。
6.某校化学兴趣小组同学为了克服传统铝热反应纸漏斗易燃烧、火星四射等缺点,将实验改成以下装置,取磁性氧化铁在如图A装置中进行铝热反应,冷却后得到“铁块”混合物。
图A
图B
(1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸代替镁条作引发剂,其原因是 。
(2)该铝热反应的化学方程式为 。
(3)取反应后的“铁块”研碎取样称量,加入如图B装置,滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体体积以测量样品中残留铝的百分含量。
试回答下列问题。
①量气管在读数时必须进行的步骤是 。
②取1 g样品进行上述实验,共收集到44.8 mL气体(换算成标准状况),则铝的百分含量为 。
③装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通,除了可以平衡压强让液体顺利滴入试管之外,还可以起到降低实验误差的作用。如果装置没有橡胶管,测出铝的百分含量将会 (填“偏大”或“偏小”)。
答案:(1)蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热
(2)8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe
(3)①冷却至室温和调节量气管使左右液面相平
②3.6% ③偏大
解析:(1)因为把浓硫酸加入蔗糖中发生脱水并放出大量的热,故可作引发剂。
(2)Al还原Fe3O4生成Fe和Al2O3,配平可得化学方程式:8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe。
(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步骤是:冷却至室温和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:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,m(Al)=n(Al)·M(Al)=n(H2)·M(Al)==0.036g,则铝的百分含量为×100%=3.6%。③如果装置没有橡胶管,造成气体读数偏大,则铝的百分含量将会偏大。(共42张PPT)
专题9 金属与人类文明
第一单元 金属的冶炼方法
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.知道金属在自然界中的存在形态,熟知金属冶炼的方法及其原理。
2.掌握铝热反应的原理和实验。
3.知道金属回收的意义,树立环保意识;通过对金属冶炼的原理和方法的学习,了解金属冶炼遵循的一般规律。
自主预习·新知导学
一、金属的存在形式
1.金属材料的性质:金属材料既有良好的可塑性,坚固耐用,而且还有导电、导热等诸多优良性能。
2.金属元素的存在。
(1)游离态: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,如自然金和自然银等,铁元素的单质主要存在于陨石中。
(2)化合态:地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存在的。例如,铁元素存在于赤铁矿(主要成分为Fe2O3)中,铝元素存在于铝土矿(主要成分为Al2O3)中,银元素也有辉银矿(Ag2S)、碲银矿(Ag2Te)等形式存在。
3.金属使用的发展历程:金属铜在约6 000年前已被大规模利用,铁的使用在约2 500年前,而铝的使用在约200年前,这与金属的活动性及人类冶炼金属的技术有关。
二、金属的冶炼
1.金属冶炼的含义: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冶炼。
2.常用方法。
(1)热分解法:像银这样的不活泼金属,可以采用热分解法进行冶炼,即通过加热它们的氧化物使其分解生成金属单质和氧气。氧化银分解的化学方程式为2Ag2O 4Ag+O2↑。
(2)高温还原法。
①含义:高温下借助还原剂的冶炼方法称为高温还原法。
②常用的还原剂:C、CO、H2和活泼金属等。
③高炉炼铁。
a.原料:铁矿石、焦炭和石灰石等;
④铝热反应:利用铝热反应原理焊接钢轨的化学方程式为Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3。
(3)电解法:较活泼的金属(钠、镁、铝等),一般的还原剂很难将它们从化合物中还原出来,常采用电解熔融的化合物来制备这些金属。
【自主思考1】 金属单质的还原性与其阳离子的氧化性有怎样的关系
提示:金属单质的还原性越强,其阳离子的氧化性一般越弱。
【自主思考2】 金属的活动性与其冶炼难易有什么关系
提示:金属活动性越强,即还原性越强,其阳离子的氧化性越弱,越难还原为金属单质,冶炼越困难。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)金属在自然界中的存在形式只有化合态没有游离态。( )
(2)地壳中含量最高的金属元素是铁,其次是铝。( )
(3)金属越活泼往往越难冶炼,发现的越晚。( )
(4)化合态的金属元素被还原时,一定得到相应的金属单质。( )
×
×
√
×
(5)金属冶炼过程中,被冶炼的金属既可被氧化,也可被还原。( )
(6)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼。( )
(7)铝的冶炼方法是电解熔融的AlCl3。( )
×
×
×
2.从石器、青铜器到铁器时代,金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类大规模开发利用的大致年限,之所以有先后,主要取决于( )。
A.金属的化合价高低
B.金属的活动性强弱
C.金属的导电性强弱
D.金属在地壳中的含量多少
答案:B
解析:活动性越弱的金属,其化合态越易被还原,越易被冶炼成单质。
3.冶炼金属常用以下几种方法。
①以C、CO或H2作还原剂 ②以活泼金属Na、Mg等还原 ③利用铝热反应原理还原 ④电解法 ⑤热分解法
把上述冶炼方法填入下列横线上(用序号填写)。
(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属 。
(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属 。
(3)Hg、Ag等不活泼金属 。
(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属 。
(5)K、Rb、Cs、Ti等金属通常还原方法是 。
答案:(1)① (2)④ (3)⑤ (4)③ (5)②
解析:中等活泼的金属用高温还原法冶炼,活泼金属用电解法冶炼,不活泼金属用热分解法冶炼,高熔点金属用铝热法冶炼。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 金属的冶炼方法
问题引领
化学科学的发展是人类文明进步的重要推动力。金属冶炼技术的进步是人类文明进步的重要体现。
1.从自然界中获得金属单质,是否必须发生氧化还原反应
提示:不是。金、铂采用物理富集的方法,不发生化学反应。
2.写出高炉炼铁(CO还原氧化铁)和电解法制铝反应的化学方程式,指出金属元素化合价的变化,并总结归纳金属冶炼的实质。
3.金属冶炼的方法有哪些 我们如何选择合适的方法冶炼金属
提示:金属冶炼的方法有热分解法、高温还原法和电解法等。根据金属的活动性选择金属的冶炼方法。很活泼的金属一般用电解法(如Na、Mg、Al等),较活泼的金属用高温还原法(如Fe、Cu等),不活泼的金属用热分解法(如Hg等)。
归纳提升
1.金属冶炼的实质。
金属化合物中的金属阳离子得电子被还原为金属原子,即Mn++ne-══M。金属的活动性不同,冶炼方法不同。
2.金属冶炼的方法。
(1)热分解法。
适用于金属活动性顺序中Cu之后Pt之前的金属,如Hg、Ag的氧化物受热就能分解。
(2)高温还原法。
在金属活动性顺序中居于Al之后Hg之前的金属都可以用高温还原法。常用的还原剂:焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。
(3)电解法。
适用于K、Ca、Na、Mg、Al等具有强还原性的金属的冶炼。
电解法冶炼金属,解决了很多活泼金属阳离子难以被还原的问题。
(4)物理方法。
适用于Pt、Au的冶炼。由于Pt、Au在自然界中多以游离态的形式存在,经多次淘洗去掉矿粒、泥沙等杂质,便可得到Pt、Au。
典型例题
【例题1】 下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是( )。
答案:C
解析:活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用高温还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼,故A、B、D正确。C错误,C项为火法炼铜。
金属活动性与冶炼方法的关系。
【变式训练1】 在冶金工业上,下列各组中的金属能用化学还原剂制得的是( )。
A.Na、K、Mg、Al B.Zn、Fe、Cu、Ag
C.Na、K、Zn、Fe D.Mg、Al、Zn、Fe
答案:B
解析:不能用化学还原剂制得的金属是一些非常活泼的金属,如K、Na、Mg、Al等。
探究任务2 铝热反应
问题引领
我国高铁的发展极大地方便了人们的出行,增强了地域之间的联系。高铁钢轨为无缝钢轨,工人在野外常利用铝热反应焊接钢轨。
1.铝热反应实验中铝粉、镁条与氯酸钾的作用是什么
提示:铝粉作还原剂,镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO3分解,氯酸钾的作用是助燃剂。
2.为什么要在承接生成物的蒸发皿中垫细沙
提示:因为铝热反应是一个典型的放热反应,反应中放出的大量热能够使铁熔化,为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅出伤人,所以要垫细沙。
3.铝热反应在工业上有哪些重要应用
提示:(1)冶炼熔点高的金属,如钒、铬、锰等;
(2)焊接钢轨。
归纳提升
铝热反应实验。
典型例题
【例题2】 铝热剂并不单指Fe2O3与铝粉的混合物,实际上铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。如铝粉与Fe3O4、V2O5或MnO2等均可发生铝热反应。
(1)写出上述铝热反应的化学方程式。
① ;
② ;
③ 。
(2)据上述反应可总结出铝热反应的特点:①铝热反应实际上属于四大基本反应类型中的 ,其中铝表现了其
性,作 剂;②铝热反应常用于冶炼金属性比铝
(填“强”或“弱”)的金属。
(2)①置换反应 还原 还原 ②弱
解析:铝热反应的实质是在较高温度下,用较活泼的还原剂铝,把活动性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。
铝热反应的拓展应用。
定义 铝与某些金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
原理 Al作还原剂,另一种氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来
铝热剂 铝粉与某些难熔的金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)以一定比例形成的混合物
反应 特点 在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离
应用 冶炼熔点较高的相对较不活泼的金属,如V、Cr、Mn等;焊接钢轨等
【变式训练2】 铝热反应的实验装置如图所示,下列有关说法错误的是( )。
A.X物质为KClO3
B.镁条燃烧提供引发反应
所需的热量
C.若转移0.3 mol电子,
被还原的Fe2O3为16 g
D.可利用铝热反应冶炼铁
答案:C
解析:KClO3受热分解产生氧气,作助燃剂,图示装置中X物质为KClO3,A项正确;镁条燃烧放出大量热,可为引发铝热反应提供反应所需的热量,B项正确;在反应2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe中,Fe元素化合价从+3价变为0价,还原1 mol Fe2O3转移6 mol电子,则转移0.3 mol电子还原Fe2O3的物质的量为
=0.05 mol,其质量为160 g·mol-1×0.05 mol=8 g,C项错误;Fe的活动性弱于Al,可利用铝热反应冶炼铁,D项正确。
课 堂 小 结
