学习目标 1.以金属矿物开发利用为例,认识化学方法在实现物质间转化中的作用,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、金属的存在形式
1.金属的存在形式
(1)金属的使用:地壳中含量最高的金属元素是 ,人类最早使用的金属是 ,使用最广泛的金属是 。
(2)金属的存在形式
(3)金属活动性顺序(从强到弱)和开发利用年限
2.金属的存在形式与其活动性的关系
活动性较强的金属,在自然界中以 态形式存在;活动性较弱的金属,有可能以 态形式存在。有的金属元素的存在形式既有 态又有 态,如铁元素、银元素。
1.(2023·苏州高一期末)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
3.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.金属的冶炼
(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)金属冶炼的原理:利用氧化还原反应的原理,在一定条件下,用还原剂或者加热、电解方法把金属化合物还原为金属单质。
(3)金属冶炼的实质:金属离子金属单质,即Mn++ne-M。
(4)金属冶炼的方法
①方法选择的原则:依据金属活动性。
②常用方法
热分解法:适用于金属活动性顺序中排在H以后的金属。
2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑
高温还原法:适用于金属活动性顺序中处于中间或金属活动性与之相当的金属。常用还原剂有焦炭、CO、H2等。
WO3+3H2W+3H2O
电解法:适用于活泼金属,电解熔融盐或氧化物,也可以电解铜、银盐溶液进行精炼。
2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
2.工业冶炼铁
(1)铁元素的存在
①含量:铁元素在地壳中的含量居第 位。
②形态:主要以 形式存在,铁单质只有在陨石中存在。
(2)炼铁设备及原料
①设备: 。
②原料: 、 、 、 等。
(3)原理:高温下,用 把铁从铁矿石中还原出来。
(4)主要反应
①还原剂的生成: 。
②铁矿石的还原: 。
③炉渣的形成: 。
(5)铁合金
含C 2%~4.5%的为生铁,含C 0.03%~2%的为钢。
3.铝热反应
(1)实验探究
概念 将 和 混合,在高温条件下发生反应,该反应能够放出大量的热,生成 和 ,该反应叫作铝热反应
实验 装置
实验 现象 (1)镁条剧烈燃烧 (2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应 (3)反应放出大量的热,并发出耀眼的白光 (4)纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中,熔融物冷却后变成黑色物质
实验 结论 在高温下,氧化铁与铝发生置换反应,并放出大量的热
化学 方程式 2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
应用 工业上常利用铝热反应来冶炼熔点较高的金属,如V、Cr、Mn等;也可用于焊接钢轨等
(2)注意事项
①镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃;氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的;铝粉要用没有被氧化的,否则反应难以进行。
②氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀,以保证氧化铁与铝都完全反应。
③内层滤纸要用水润湿,以防纸漏斗燃烧。
④蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。
⑤铝热反应中镁条作引燃剂,KClO3作助燃剂。
4.铝的冶炼——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: ;
④电解: 。
1.下列化工生产原理错误的是 ( )
①可以通过电解熔融NaCl来制取金属钠
②可以将钠加入饱和MgCl2溶液中制取镁
③用电解法冶炼铝时,原料是AlCl3
④高炉炼铁时所发生的反应都是放热反应,故无需加热
A.①②③ B.①③
C.①② D.②③④
2.下表中金属冶炼的原理与方法错误的是 ( )
选项 冶炼原理 方法
A 2HgO2Hg+O2↑ 热分解法
B 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 电解法
C Cu2S+O22Cu+SO2 热分解法
D Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 高温还原法
3.利用如图装置做铝热反应实验,下列说法不正确的是 ( )
A.该反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
B.该反应会产生高温、发出强光
C.根据铝热反应的原理,可以冶炼某些高熔点的金属
D.若反应中转移3 mol 电子,则消耗氧化剂的物质的量是1 mol
4.下列关于铝热反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe的说法不正确的是 ( )
A.该反应中Al作还原剂
B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.该反应中冶炼1 mol Fe转移2 mol电子
D.该反应可用于焊接钢轨
【题后归纳】 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金属的活 动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag
金属原子 失电子能力 强→弱
金属离子 得电子能力 弱→强
主要冶 炼方法 电解法 热还原法 热分解法
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.金属元素由化合态变为游离态,可能被还原,也可能被氧化
D.金属单质越早被发现和应用,其在地壳中的含量越高
3.下列有关金属的工业制法的说法正确的是 ( )
A.用海水为原料制得精盐,再电解纯净的熔融NaCl制得钠
B.用海水为原料,经过一系列过程制得MgO固体,电解熔融MgO制得镁
C.以赤铁矿为原料,用焦炭还原Fe2O3制得铁
D.从铝土矿中获得Al2O3,再制得AlCl3固体,电解熔融AlCl3制得铝
4.下列说法正确的是 ( )
A.使元素由化合态转化成游离态的过程就是还原的过程
B.高炉炼铁的原料有铁矿石、焦炭和空气,工业上就是用焦炭还原铁矿石以制得生铁
C.电解熔融氧化铝时,每还原出1 kg铝,必有约111 mol电子转移
D.工业上常用电解NaCl水溶液的方法制取金属钠
5.铁是地壳中含量非常丰富的元素,金属铁是在高炉中冶炼的,在冶金工业中,常用焦炭来冶炼铁。
(1)写出焦炭在高炉中所参加的两个反应的化学方程式: 。
(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式:
。
(3)实验室中可用CO还原Fe2O3,在加热Fe2O3前应先 ,否则可能发生 现象;未反应完的CO (填“能”或“不能”)排放到大气中,应做 处理。
第一单元 金属的冶炼方法
一、
1.(1)铝 铜 铁 (2)游离 化合 2.化合 游离 游离 化合
对点训练
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,在自然界只能以化合态形式存在,故选D。]
2.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、铁在自然界中主要以化合态形式存在,金、铂在自然界中以游离态形式存在。]
3.B
二、
2.(1)①四 ②化合态 (2)①炼铁高炉 ②铁矿石 焦炭 空气 石灰石 (3)还原剂 (4)①C+O2CO2、CO2+C2CO ②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ③CaCO3CaO+CO2↑、CaO+SiO2CaSiO3 3.(1)铝粉 氧化铁 氧化铝 液态铁
4.(1)①Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O ②NaAlO2+CO2(过量)+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3 ③2Al(OH)3Al2O3+3H2O ④2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
(2)①Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O ②AlCl3+3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4Cl ③2Al(OH)3Al2O3+3H2O
④2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
对点训练
1.D [常用电解熔融NaCl的方法冶炼金属Na,①正确;Na非常活泼,将Na加入饱和MgCl2溶液中,Na先与H2O反应生成NaOH和H2,Mg2+再与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,②错误;AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,故冶炼铝使用的是Al2O3,③错误;高炉炼铁时所发生的反应有些是放热反应,如Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,但仍需要高温,④错误。故选D。]
2.C [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等用热分解法冶炼,故A、B、D三项正确,C项错误。]
3.D [A.铝热反应为高温下铝与氧化铁发生置换反应生成铁和氧化铝,反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,故A正确;B.铝热反应发生时会放出大量的热,产生高温、发出强光,故B正确;C.铝热反应发生时会放出大量的热,可以冶炼某些高熔点的金属,如Fe、Cr、Mn、W等,故C正确;D.铝热反应中氧化铁为氧化剂,若反应中转移3 mol电子,消耗氧化铁的物质的量为3 mol×=0.5 mol,故D错误。]
4.C [由题中化学方程式可知,反应中Fe的化合价由+3价降为0价,则冶炼1 mol Fe转移3 mol电子。]
课堂达标训练
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 [金属冶炼是将金属化合物还原为金属单质的过程,A项正确;冶炼金属并不一定要加入还原剂,如电解法制取钠、镁等,B项错误;金属元素由化合态变为游离态,都是由高价态降低到0价,故金属元素一定被还原,C项错误;金属单质被发现和应用的早晚体现其金属活泼性强弱,与其在地壳中的含量无关,D项错误。]
3.A [金属钠、镁、铝均为非常活泼的金属,常采用电解法冶炼,铁为较活泼金属,可以采用高温还原法冶炼。冶炼金属钠的方法是电解熔融的NaCl,A项正确;MgO的熔点很高,熔融时消耗的能量很大,冶炼成本较高,故工业上常采用电解熔点相对较低的MgCl2的方法,以降低生产成本,B项错误;高炉炼铁的原理为(以赤铁矿为例)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,还原剂为CO,C项错误;AlCl3为共价化合物,熔融时不导电,故冶炼金属铝采用电解熔融Al2O3和Na3AlF6(冰晶石)混合物的方法,D项错误。]
4.C [A错误,元素有金属元素和非金属元素,使金属阳离子转化为金属单质的过程是还原反应,使非金属阴离子转化为非金属单质的过程则是氧化反应,如2Br-+Cl22Cl-+Br2。B错误,高炉炼铁中起还原剂作用的是CO,而非焦炭。C正确,Al3++3e-Al,冶炼1 kg Al共获得电子n(e-)=×3≈111 mol。D错误,NaCl水溶液里的H+得电子能力远比Na+强,所以不可能得到金属Na,只能得到H2。]
5.(1)C+O2CO2,C+CO22CO
(2)3CO+Fe2O32Fe+3CO2 (3)验纯 爆炸 不能 点燃
解析 (1)在冶炼铁的过程中,为提高C的利用率,先发生反应C+O2CO2,再发生反应CO2+C2CO。(3)加热Fe2O3之前应先检验CO的纯度,否则可能发生爆炸;由于CO有毒,故未反应完的CO应点燃,以防污染环境。(共65张PPT)
第一单元 金属的冶炼方法
专题 金属与人类文明
9
1.以金属矿物开发利用为例,认识化学方法在实现物质间转化中的作用,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。
学习目标
一、金属的存在形式
二、金属的冶炼
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、金属的存在形式
对点训练
1.金属的存在形式
(1)金属的使用:地壳中含量最高的金属元素是 ,人类最早使用的金属是 ,使用最广泛的金属是 。
(2)金属的存在形式
铝
铜
铁
游离
化合
(3)金属活动性顺序(从强到弱)和开发利用年限
2.金属的存在形式与其活动性的关系
活动性较强的金属,在自然界中以 态形式存在;活动性较弱的金属,有可能以 态形式存在。有的金属元素的存在形式既有 态又有 态,如铁元素、银元素。
化合
游离
游离
化合
1.(2023·苏州高一期末)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
解析 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,在自然界只能以化合态形式存在,故选D。
D
2.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
解析 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、铁在自然界中主要以化合态形式存在,金、铂在自然界中以游离态形式存在。
A
3.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
B
二、金属的冶炼
对点训练
1.金属的冶炼
(4)金属冶炼的方法
①方法选择的原则:依据金属活动性。
2.工业冶炼铁
(1)铁元素的存在
①含量:铁元素在地壳中的含量居第 位。
②形态:主要以 形式存在,铁单质只有在陨石中存在。
(2)炼铁设备及原料
①设备: 。
②原料: 、 、 、 等。
(3)原理:高温下,用 把铁从铁矿石中还原出来。
四
化合态
炼铁高炉
铁矿石
焦炭
空气
石灰石
还原剂
(4)主要反应
①还原剂的生成: 。
②铁矿石的还原: 。
③炉渣的形成: 。
(5)铁合金
含C 2%~4.5%的为生铁,含C 0.03%~2%的为钢。
3.铝热反应
(1)实验探究
概念 将 和 混合,在高温条件下发生反应,该反应能够放出大量的热,生成 和 ,该反应叫作铝热反应
实验 装置
铝粉
氧化铁
氧化铝
液态铁
(2)注意事项
①镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃;氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的;铝粉要用没有被氧化的,否则反应难以进行。
②氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀,以保证氧化铁与铝都完全反应。
③内层滤纸要用水润湿,以防纸漏斗燃烧。
④蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。
⑤铝热反应中镁条作引燃剂,KClO3作助燃剂。
4.铝的冶炼——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: 。
Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
NaAlO2+CO2(过量)+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3
(2)
有关反应的化学方程式:
①酸溶: ;
②碱化: ;
③灼烧: ;
④电解: 。
Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O
AlCl3+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4Cl
1.下列化工生产原理错误的是( )
①可以通过电解熔融NaCl来制取金属钠
②可以将钠加入饱和MgCl2溶液中制取镁
③用电解法冶炼铝时,原料是AlCl3
④高炉炼铁时所发生的反应都是放热反应,故无需加热
A.①②③ B.①③ C.①② D.②③④
D
2.下表中金属冶炼的原理与方法错误的是( )
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等用热分解法冶炼,故A、B、D三项正确,C项错误。
3.利用如图装置做铝热反应实验,下列说法不正确的是( )
D
A.该反应中Al作还原剂
B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2
C.该反应中冶炼1 mol Fe转移2 mol电子
D.该反应可用于焊接钢轨
解析 由题中化学方程式可知,反应中Fe的化合价由+3价降为0价,则冶炼1 mol Fe转移3 mol电子。
C
【题后归纳】 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金属的活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag
金属原子失电子能力 强→弱
金属离子得电子能力 弱→强
主要冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法
课堂达标训练
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
解析 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。
C
2.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.金属元素由化合态变为游离态,可能被还原,也可能被氧化
D.金属单质越早被发现和应用,其在地壳中的含量越高
解析 金属冶炼是将金属化合物还原为金属单质的过程,A项正确;冶炼金属并不一定要加入还原剂,如电解法制取钠、镁等,B项错误;金属元素由化合态变为游离态,都是由高价态降低到0价,故金属元素一定被还原,C项错误;金属单质被发现和应用的早晚体现其金属活泼性强弱,与其在地壳中的含量无关,D项错误。
A
3.下列有关金属的工业制法的说法正确的是( )
A.用海水为原料制得精盐,再电解纯净的熔融NaCl制得钠
B.用海水为原料,经过一系列过程制得MgO固体,电解熔融MgO制得镁
C.以赤铁矿为原料,用焦炭还原Fe2O3制得铁
D.从铝土矿中获得Al2O3,再制得AlCl3固体,电解熔融AlCl3制得铝
A
4.下列说法正确的是( )
A.使元素由化合态转化成游离态的过程就是还原的过程
B.高炉炼铁的原料有铁矿石、焦炭和空气,工业上就是用焦炭还原铁矿石以制得生铁
C.电解熔融氧化铝时,每还原出1 kg铝,必有约111 mol电子转移
D.工业上常用电解NaCl水溶液的方法制取金属钠
C
解析 A错误,元素有金属元素和非金属元素,使金属阳离子转化为金属单质的过程是还原反应,使非金属阴离子转化为非金属单质的过程则是氧化反应,如2Br-+Cl2===2Cl-+Br2。B错误,高炉炼铁中起还原剂作用的是CO,而非焦炭。C正确,Al3++3e-===Al,冶炼1 kg Al共获得电子n(e-)=×3≈111 mol。D错误, NaCl水溶液里的H+得电子能力远比Na+强,所以不可能得到金属Na,只能得到H2。
5.铁是地壳中含量非常丰富的元素,金属铁是在高炉中冶炼的,在冶金工业中,常用焦炭来冶炼铁。
(1)写出焦炭在高炉中所参加的两个反应的化学方程式:
。
(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式: 。
(3)实验室中可用CO还原Fe2O3,在加热Fe2O3前应先 ,否则可能发生 现象;未反应完的CO (填“能”或“不能”)排放到大气中,应做 处理。
验纯
爆炸
不能
点燃
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.下列有关高炉炼铁的说法正确的是( )
A.焦炭和CO都是还原剂
B.采用富氧空气可以得到纯铁
C.加石灰石主要是为了得到CO2
D.高炉炼铁用于还原Fe2O3的还原剂是焦炭
A
解析 高炉炼铁时,焦炭燃烧生成CO2,CO2再和焦炭反应生成CO,CO还原Fe2O3,这些反应中焦炭和CO都是还原剂,A项正确;采用富氧空气是为了使焦炭能充分燃烧,B项错误;加石灰石主要是为了除去铁矿石中的SiO2杂质,C项错误;高炉炼铁是利用CO还原Fe2O3,D项错误。
2.北宋沈括《梦溪笔谈》中记载:“信州铅山有苦泉,流以为涧。挹其水熬之则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”下列有关叙述错误的是( )
A.胆矾的化学式为CuSO4
B.胆矾可作为湿法冶铜的原料
C.“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程
D.“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”是发生了置换反应
A
解析 胆矾的化学式为CuSO4·5H2O,A项错误;湿法冶铜的原理是CuSO4+Fe=== FeSO4+Cu,即胆矾可作为湿法冶铜的原料,B项正确;CuSO4溶液经熬制可以得到胆矾,是CuSO4溶液浓缩结晶的过程,C项正确;熬胆矾的铁釜中发生的反应为CuSO4+Fe===FeSO4+Cu,属于置换反应,D项正确。
3.下列关于金属冶炼的说法中正确的是( )
A.铝热反应可用于工业冶炼金属,如Fe、Cr、Mg等
B.电解NaCl溶液可制得金属钠
C.工业上可用含Cu2S的矿石和氧化剂O2反应冶炼Cu
D.工业冶炼铝时,加冰晶石的主要作用是提高铝的产量
解析 铝热反应不能冶炼活泼金属,如K、Ca、Mg等,铝热反应可用于冶炼活泼性不如Al的金属,如Fe、Cr、Mn等,A错误;电解氯化钠溶液得到氢气、氯气和氢氧化钠,得不到钠,应电解熔融的NaCl制取金属钠,B错误;工业上火法炼铜可用含Cu2S的矿石和氧化剂O2反应冶炼Cu,C正确;冰晶石是电解氧化铝的助熔剂,可降低氧化铝熔化时所需的温度,D错误。
C
4.(2023·抚州七校高一期中)研究发现,在高压条件下,H2可以还原Cu2+、Ag+、Au3+、Hg2+等离子,得到金属单质。下列说法正确的是( )
A.上述反应中,金属离子被氧化
B.H2和Au3+反应为置换反应
C.上述金属离子中,Hg2+的氧化性最强
D.同理,H2也能还原Mg2+、Fe2+、Al3+
解析 氢气与上述金属离子反应生成氢离子和金属单质,金属离子发生了还原反应,即金属离子被还原,A项错误;3H2+2Au3+===2Au+6H+,属于置换反应,B项正确;根据金属活动顺序表,Au3+的氧化性最强,C项错误;在金属活动顺序表中,镁、铝、铁在氢之前,故氢气不能还原这些离子,D项错误。
B
A.火法炼铜和湿法炼铜反应中,铜元素均被还原
B.产物SO2是硫酸的酸酐
C.该反应每生成2 mol Cu,转移4 mol电子
D.工业上常用加热分解CuO的方法制Cu
A
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
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。
A
7.某地区已探明蕴藏着丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3,还含有SiO2等杂质)、煤、石灰石和黏土。现拟在该地区建设大型炼铁厂,随着铁矿的开发和炼铁厂的建立,需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等,形成一定规模的工业体系。下列说法错误的是( )
A
8.工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝,含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列叙述正确的是( )
A.反应①中试剂X是氢氧化钠溶液
B.Y是HCl,它与Al反应生成氢氧化铝
C.图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应
D.将试剂X与Y进行对换,最终可以达到相同结果
A
9.金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。
bd
Cu2S和O2
6
bd
防止高温下Mg和Ti与空气中的氧气(或氮气、二氧化碳)作用
10.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 。
Al2O3+2OH-===2Al+H2O
NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3
过滤
焊接钢轨
5.4 g
A.MoS2煅烧产生的尾气可直接排放
B.MoO3属于金属氧化物,也属于碱性氧化物
C.进行②③④步反应的目的是提纯MoO3
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∶3∶3
C
解析 A项,生成物SO2对环境污染严重,不可直接排放,A项错误;B项,②中生成物(NH4)2MoO4属于盐,对应的酸是H2MoO4,故MoO3不属于碱性氧化物,B项错误;D项,1 mol H2、1 mol CO和1 mol Al作还原剂时,失去的电子分别为2 mol、2 mol和3 mol,还原等量的MoO3时,转移电子数相同,此时消耗的n(H2)∶n(CO)∶n(Al)=3∶3∶2,D项错误。
12.金属铬常用于提升特种合金的性能,工业上以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3,含有少量Al2O3)为原料制备金属铬的流程如图(已知Na2Cr2O7溶液为橙色)。下列说法错误的是( )
A.①中需持续吹入空气作
氧化剂
B.②中需加入过量稀硫酸
C.③中发生了置换反应
D.溶液A为橙色
B
解析 铬铁矿粉中加入碳酸钠灼烧,可生成Na2CrO4、Fe2O3和NaAlO2,加入水过滤,再向滤液中加入稀硫酸得到氢氧化铝和Na2CrO4,Na2CrO4与S发生氧化还原反应生成Cr(OH)3,Cr(OH)3受热分解生成Cr2O3,通过铝热反应可生成Cr;向Na2CrO4溶液中加入浓硫酸得到的溶液A中含Na2Cr2O7,电解Na2Cr2O7溶液得到Cr。A项,铬铁矿中的Fe(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)经过程①分别转化为Fe2O3和Na2CrO4,故①中应通入空气作氧化剂,正确;B项,加入过量稀硫酸,氢氧化铝会溶解在溶液中而不能除去,错误;C项,③中发生的反应为铝热反应,即发生了置换反应生成Cr,正确;D项,Na2CrO4中加入浓硫酸得到的溶液A中含Na2Cr2O7,溶液为橙色,正确。
13.某校化学兴趣小组同学为了避免传统铝热反应中纸漏斗被烧穿、火星四射等现象的发生,将实验装置改成如图所示甲装置,取磁性氧化铁(Fe3O4)在甲装置中进行铝热反应,冷却后得到“铁块”混合物。
(1)实验中可以用蔗糖和浓硫酸的混合物代替镁条作引燃剂,其原因是
。
(2)该铝热反应的化学方程式为 。
解析 (1)蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热,故蔗糖和浓硫酸的混合物可作引燃剂。(2)Al与Fe3O4反应生成Fe和Al2O3,根据质量守恒和得失电子守恒可得化学方程式。
蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热
(3)取反应后的“铁块”粉碎,混合均匀,取样称量,加入如图所示乙装置中,滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体的体积以测定“铁块”样品中残留铝的质量分数。
①量气管在读数时必须进行的操作是 。
②取1 g“铁块”样品进行上述实验,共收集到44.8 mL气体(已换算成标准状况),则“铁块”样品中残留铝的质量分数为 。
③乙装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通,除可以平衡分液漏斗和试管中的压强让液体顺利滴入试管外,还可以起到减小实验误差的作用。如果没有橡胶管,测得“铁块”样品中残留铝的质量分数将会 (填“偏大”或“偏小”)。
冷却至室温,并调节量气管使左右液面相平
3.6%
偏大
解析 (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操作是冷却至室温,并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可知,m(Al)=n(Al)×27 g·mol-1= n(H2)×27 g·mol-1=× 27 g·mol-1=0.036 g,则“铁块”样品中残留铝的质量分数为×100%=3.6%。
③如果没有橡胶管,会造成气体体积的读数偏大,则“铁块”样品中残留铝的质量分数将会偏大。专题9 作业19 金属的冶炼方法
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~8题,每题4分)
1.下列有关高炉炼铁的说法正确的是 ( )
焦炭和CO都是还原剂
采用富氧空气可以得到纯铁
加石灰石主要是为了得到CO2
高炉炼铁用于还原Fe2O3的还原剂是焦炭
2.北宋沈括《梦溪笔谈》中记载:“信州铅山有苦泉,流以为涧。挹其水熬之则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”下列有关叙述错误的是 ( )
胆矾的化学式为CuSO4
胆矾可作为湿法冶铜的原料
“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程
“熬胆矾铁釜,久之亦化为铜”是发生了置换反应
3.下列关于金属冶炼的说法中正确的是 ( )
铝热反应可用于工业冶炼金属,如Fe、Cr、Mg等
电解NaCl溶液可制得金属钠
工业上可用含Cu2S的矿石和氧化剂O2反应冶炼Cu
工业冶炼铝时,加冰晶石的主要作用是提高铝的产量
4.(2023·抚州七校高一期中)研究发现,在高压条件下,H2可以还原Cu2+、Ag+、Au3+、Hg2+等离子,得到金属单质。下列说法正确的是 ( )
上述反应中,金属离子被氧化
H2和Au3+反应为置换反应
上述金属离子中,Hg2+的氧化性最强
同理,H2也能还原Mg2+、Fe2+、Al3+
5.火法炼铜的原理为Cu2S+O22Cu+SO2,下列说法正确的是 ( )
火法炼铜和湿法炼铜反应中,铜元素均被还原
产物SO2是硫酸的酸酐
该反应每生成2 mol Cu,转移4 mol电子
工业上常用加热分解CuO的方法制Cu
6.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为镁条
b为氧化铁与铝粉的混合物
2 mol氧化剂参与反应转移电子的数目为6NA
还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2
7.某地区已探明蕴藏着丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3,还含有SiO2等杂质)、煤、石灰石和黏土。现拟在该地区建设大型炼铁厂,随着铁矿的开发和炼铁厂的建立,需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等,形成一定规模的工业体系。下列说法错误的是 ( )
甲、乙、丙、丁相应工厂的名称依次为焦化厂、发电厂、炼铁厂、水泥厂
以赤铁矿为原料,高炉炼铁过程中得到生铁的化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
利用生石灰吸收燃煤产生的酸性气体SO2,可以减少酸雨的形成
炼铁厂的炉渣可作为水泥厂的原料
8.工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝,含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列叙述正确的是 ( )
反应①中试剂X是氢氧化钠溶液
Y是HCl,它与Al反应生成氢氧化铝
图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应
将试剂X与Y进行对换,最终可以达到相同结果
9.(10分)金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。
(1)(2分)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是 (填字母序号)。
a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3
(2)(2分)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)(4分)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)(2分)反应TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti在氩气中进行的理由是
。
10.(10分)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)(2分)请用离子方程式表示以上工艺流程中第①步反应: 。
(2)(2分)写出以上工艺流程中第③步反应的化学方程式: 。
(3)(1分)步骤④所需进行的实验操作是
。
(4)(3分)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
(2分)。
请举一例该反应的用途: (1分)。
(5)(2分)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 。
B级 素养培优练
(11~12题,每题4分)
11.诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为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。下列说法正确的是 ( )
MoS2煅烧产生的尾气可直接排放
MoO3属于金属氧化物,也属于碱性氧化物
进行②③④步反应的目的是提纯MoO3
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∶3∶3
12.金属铬常用于提升特种合金的性能,工业上以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3,含有少量Al2O3)为原料制备金属铬的流程如图(已知Na2Cr2O7溶液为橙色)。下列说法错误的是 ( )
①中需持续吹入空气作氧化剂
②中需加入过量稀硫酸
③中发生了置换反应
溶液A为橙色
13.(10分)某校化学兴趣小组同学为了避免传统铝热反应中纸漏斗被烧穿、火星四射等现象的发生,将实验装置改成如图所示甲装置,取磁性氧化铁(Fe3O4)在甲装置中进行铝热反应,冷却后得到“铁块”混合物。
(1)(2分)实验中可以用蔗糖和浓硫酸的混合物代替镁条作引燃剂,其原因是
。
(2)(2分)该铝热反应的化学方程式为
。
(3)(6分)取反应后的“铁块”粉碎,混合均匀,取样称量,加入如图所示乙装置中,滴入足量NaOH溶液充分反应,测量生成气体的体积以测定“铁块”样品中残留铝的质量分数。
①量气管在读数时必须进行的操作是
。
②取1 g“铁块”样品进行上述实验,共收集到44.8 mL气体(已换算成标准状况),则“铁块”样品中残留铝的质量分数为 。
③乙装置中分液漏斗上端和试管用橡胶管连通,除可以平衡分液漏斗和试管中的压强让液体顺利滴入试管外,还可以起到减小实验误差的作用。如果没有橡胶管,测得“铁块”样品中残留铝的质量分数将会 (填“偏大”或“偏小”)。
作业19 金属的冶炼方法
1.A [高炉炼铁时,焦炭燃烧生成CO2,CO2再和焦炭反应生成CO,CO还原Fe2O3,这些反应中焦炭和CO都是还原剂,A项正确;采用富氧空气是为了使焦炭能充分燃烧,B项错误;加石灰石主要是为了除去铁矿石中的SiO2杂质,C项错误;高炉炼铁是利用CO还原Fe2O3,D项错误。]
2.A [胆矾的化学式为CuSO4·5H2O,A项错误;湿法冶铜的原理是CuSO4+FeFeSO4+Cu,即胆矾可作为湿法冶铜的原料,B项正确;CuSO4溶液经熬制可以得到胆矾,是CuSO4溶液浓缩结晶的过程,C项正确;熬胆矾的铁釜中发生的反应为CuSO4+FeFeSO4+Cu,属于置换反应,D项正确。]
3.C [铝热反应不能冶炼活泼金属,如K、Ca、Mg等,铝热反应可用于冶炼活泼性不如Al的金属,如Fe、Cr、Mn等,A错误;电解氯化钠溶液得到氢气、氯气和氢氧化钠,得不到钠,应电解熔融的NaCl制取金属钠,B错误;工业上火法炼铜可用含Cu2S的矿石和氧化剂O2反应冶炼Cu,C正确;冰晶石是电解氧化铝的助熔剂,可降低氧化铝熔化时所需的温度,D错误。]
4.B [氢气与上述金属离子反应生成氢离子和金属单质,金属离子发生了还原反应,即金属离子被还原,A项错误;3H2+2Au3+2Au+6H+,属于置换反应,B项正确;根据金属活动顺序表,Au3+的氧化性最强,C项错误;在金属活动顺序表中,镁、铝、铁在氢之前,故氢气不能还原这些离子,D项错误。]
5.A [火法炼铜的原理为Cu2S+O22Cu+SO2,湿法炼铜的原理为CuSO4+FeFeSO4+Cu,反应中,铜元素的化合价均降低,被还原,A项正确;SO2是亚硫酸的酸酐,硫酸的酸酐为SO3,B项错误;,故每生成2 mol Cu,转移6 mol电子,C项错误;CuO分解生成Cu2O和O2,故不能用加热分解CuO的方法制Cu,D项错误。]
6.A [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。]
7.A [煤炭可用于发电、制取焦炭,甲是发电厂、乙是焦化厂,焦化厂的焦炭用于炼铁,丙是炼铁厂,炼铁厂的炉渣(CaSiO3)可作为水泥厂的原料,丁是水泥厂,A项错误,D项正确;以赤铁矿为原料,高炉炼铁是用CO还原氧化铁得到生铁,化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,B项正确;生石灰和SO2反应生成CaSO3,可以减少酸雨的形成,C项正确。]
8.A [A项,分离氧化铝和氧化铁,只能用氢氧化钠溶液,不能用盐酸,否则二者都与盐酸反应,正确;B项,若Y是HCl,它与Al反应生成Al3+,错误;C项,图中所示转化只有2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑是氧化还原反应,错误;D项,试剂X为氢氧化钠溶液,沉淀C为氧化铁,溶液A为偏铝酸钠和氢氧化钠溶液,通入过量二氧化碳气体,发生反应:NaAlO2+CO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3不能对换,错误。]
9.(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价降低到0价,S元素由-2价升高到+4价,O元素化合价由0价降低到-2价,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+2Mg2MgCl2+Ti需在氩气中进行。
10.(1)Al2O3+2OH-2Al+H2O
(2)NaAlO2+CO2+2H2OAl(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-2Al+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+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3。(3)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反应转移电子为12 mol,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。
11.C [A项,生成物SO2对环境污染严重,不可直接排放,A项错误;B项,②中生成物(NH4)2MoO4属于盐,对应的酸是H2MoO4,故MoO3不属于碱性氧化物,B项错误;D项,1 mol H2、1 mol CO和1 mol Al作还原剂时,失去的电子分别为2 mol、2 mol和3 mol,还原等量的MoO3时,转移电子数相同,此时消耗的n(H2)∶n(CO)∶n(Al)=3∶3∶2,D项错误。]
12.B [铬铁矿粉中加入碳酸钠灼烧,可生成Na2CrO4、Fe2O3和NaAlO2,加入水过滤,再向滤液中加入稀硫酸得到氢氧化铝和Na2CrO4,Na2CrO4与S发生氧化还原反应生成Cr(OH)3,Cr(OH)3受热分解生成Cr2O3,通过铝热反应可生成Cr;向Na2CrO4溶液中加入浓硫酸得到的溶液A中含Na2Cr2O7,电解Na2Cr2O7溶液得到Cr。A项,铬铁矿中的Fe(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)经过程①分别转化为Fe2O3和Na2CrO4,故①中应通入空气作氧化剂,正确;B项,加入过量稀硫酸,氢氧化铝会溶解在溶液中而不能除去,错误;C项,③中发生的反应为铝热反应,即发生了置换反应生成Cr,正确;D项,Na2CrO4中加入浓硫酸得到的溶液A中含Na2Cr2O7,溶液为橙色,正确。]
13.(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,并调节量气管使左右液面相平 ②3.6%
③偏大
解析 (1)蔗糖在浓硫酸中脱水并放出大量的热,故蔗糖和浓硫酸的混合物可作引燃剂。(2)Al与Fe3O4反应生成Fe和Al2O3,根据质量守恒和得失电子守恒可得化学方程式。(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操作是冷却至室温,并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可知,m(Al)=n(Al)×27 g·mol-1= n(H2)×27 g·mol-1=×27 g·mol-1=0.036 g,则“铁块”样品中残留铝的质量分数为×100%=3.6%。③如果没有橡胶管,会造成气体体积的读数偏大,则“铁块”样品中残留铝的质量分数将会偏大。
