第一單元金屬的冶煉方法專題9

金屬與人類文明素養(yǎng)目標(biāo)1.了解金屬冶煉的一般原理及不同金屬的冶煉方法,能正確書寫相關(guān)化學(xué)方程式。認(rèn)識化學(xué)方法在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的作用,體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用,逐漸形成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.通過實(shí)驗(yàn)和問題探究,知道鋁熱反應(yīng)的原理及應(yīng)用,進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)操作技能,提高實(shí)驗(yàn)觀察能力、分析能力,逐漸形成科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。3.認(rèn)識金屬回收和資源保護(hù)的意義,揭示化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的重要關(guān)系,樹立資源保護(hù)意識及合理開發(fā)意識,逐漸形成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。基礎(chǔ)落實(shí)

必備知識全過關(guān)必備知識一、金屬的存在形式1.金屬材料的優(yōu)異性能有良好的可塑性,堅(jiān)固耐用,具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。2.金屬的存在形式(1)在自然界中,只有少量的金屬元素以游離態(tài)形式存在于地殼中,如自然金和自然銀。通過熔鑄的方法即可對金屬進(jìn)行加工和鍛造。(2)地殼中的大部分金屬元素都是以化合態(tài)形式存在的。例如鐵元素存在于赤鐵礦(主要成分是

)中,鋁元素存在于鋁土礦(主要成分是

)中。

(3)有的金屬元素的存在形式既有游離態(tài)又有化合態(tài)。如鐵元素有單質(zhì)(主要存在于

中)、氧化物和硫酸鹽等存在形式;銀元素有自然銀、輝銀礦(Ag2S)、碲銀礦(

)等存在形式。

紅棕色固體

Fe2O3Al2O3隕石

Ag2Te【微思考1】金屬在自然界中的存在形式與什么因素有關(guān)?提示

金屬的存在形式與其活動(dòng)性有關(guān)。一般而言,活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬,在自然界以各種各樣的化合態(tài)存在;活動(dòng)性較弱的金屬,有可能以游離態(tài)存在。有的金屬元素還能以游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式存在。二、金屬的冶煉1.金屬冶煉利用化學(xué)反應(yīng)使金屬元素從

態(tài)變?yōu)?/p>

態(tài)的過程稱為金屬冶煉。工業(yè)上常用的金屬冶煉方法有

、____________

和

等。

化合

游離熱分解法高溫還原法電解法2.常用金屬冶煉方法(1)冶煉方法的應(yīng)用實(shí)例2HgO

2Hg+O2↑

2Ag2O

4Ag+O2↑Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2

Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑(2)鋁熱反應(yīng)①鋁熱反應(yīng):將鋁粉和氧化鐵混合,在高溫條件下發(fā)生反應(yīng),該反應(yīng)能夠放出大量的熱,生成氧化鋁和液態(tài)鐵,該反應(yīng)叫作鋁熱反應(yīng)。②實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)原理Al作還原劑,金屬氧化物作氧化劑,用鋁將氧化物中的金屬置換出來實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鋁粉與某些難熔的金屬氧化物(如Fe2O3等)以一定比例形成的混合物被稱為鋁熱劑

a.鎂條劇烈燃燒b.氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng)c.反應(yīng)放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的白光d.紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中實(shí)驗(yàn)結(jié)論在高溫下,鋁粉與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱,化學(xué)方程式為

③用途:焊接鋼軌,冶煉熔點(diǎn)較高的金屬(如釩、鉻、錳等)。

2Al+Fe2O32Fe+Al2O3【微思考2】鋁粉與MgO粉末能否發(fā)生鋁熱反應(yīng)?為什么?提示

不能。鋁熱反應(yīng)利用金屬鋁在高溫條件下還原較不活潑的金屬,在金屬活動(dòng)性順序中Mg在Al的前面,因此Al不能置換金屬M(fèi)g。自我檢測1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。(1)金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是使金屬化合物中的金屬陽離子失去電子被氧化為金屬單質(zhì)的過程。(

)(2)通過電解法冶煉Na、Mg、Al,是因?yàn)镹a、Mg、Al的還原性很強(qiáng)。(

)(3)采用熱還原法冶煉金屬時(shí),常用的還原劑有C、CO、H2、Al等。(

)(4)由于地球上金屬礦物資源有限,因此要加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用。(

)(5)通過鋁熱反應(yīng)可以在野外焊接鋼軌。(

)×√√√√2.下列金屬冶煉原理錯(cuò)誤的是(

)B解析

Na、Mg通常用電解法制取,Fe可用高溫還原法制取,Hg可用熱分解法制取。Mg的活動(dòng)性比H強(qiáng),H不能置換出Mg,B錯(cuò)誤。3.用如圖所示的裝置做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn),回答下列問題:(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:

,在該反應(yīng)中

是氧化劑,

是還原劑,該反應(yīng)稱為

反應(yīng)。

(2)選出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:

(填序號)。

①鎂條劇烈燃燒;②放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的白光;③紙漏斗的下部被燒穿;④有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上,液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。Fe2O3+2Al

Al2O3+2Fe

Fe2O3Al鋁熱①②③④

解析

(1)高溫條件下Al可與Fe2O3發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)鐵,反應(yīng)中Fe2O3是氧化劑,Al是還原劑。(2)實(shí)驗(yàn)中鎂條劇烈燃燒,產(chǎn)生大量的熱,引發(fā)Al與Fe2O3的反應(yīng),發(fā)出耀眼的白光,反應(yīng)生成的熔融狀態(tài)的鐵會(huì)燒穿紙漏斗下部,落入細(xì)沙中。重難探究

能力素養(yǎng)全提升探究一正確選擇金屬冶煉的原理與方法問題探究化學(xué)科學(xué)的發(fā)展是人類文明進(jìn)步的重要推動(dòng)力。金屬冶煉技術(shù)的進(jìn)步,是人類文明進(jìn)步的體現(xiàn)。(1)自然界中絕大多數(shù)的金屬以化合態(tài)的形式存在,怎樣將它們轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)呢?金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是什么?

提示

在化合物中,金屬元素都顯正價(jià)態(tài)。將金屬從其化合物中還原出來,用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料,這一過程在工業(yè)上稱為金屬冶煉。金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是Mn+

+ne-══M。(2)人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動(dòng)性有什么關(guān)系?提示

金屬越活潑,冶煉時(shí)所需條件要求越高,在人類歷史上出現(xiàn)的時(shí)間越晚;金屬越不活潑,冶煉的方法越簡單,人們使用的時(shí)間越早,所以有青銅、鐵器等時(shí)代的發(fā)展歷程。(3)根據(jù)下面圖片,分析從自然界中獲得金屬單質(zhì)是否都必須發(fā)生氧化還原反應(yīng)。提示

否。有些金屬單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,如金、鉑等,在自然界中主要以游離態(tài)形式存在,獲得這些金屬就不需要發(fā)生氧化還原反應(yīng),用富集的方法就可以,如淘金。深化拓展1.金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系

2.常見幾種金屬的冶煉誤區(qū)(1)工業(yè)上冶煉Al時(shí)用Al2O3而不用AlCl3,因?yàn)锳lCl3為共價(jià)化合物,熔化后不導(dǎo)電。(2)工業(yè)上冶煉Mg時(shí)用MgCl2而不用MgO,因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)很高,耗能大。(3)Au、Pt一般用物理法提取。(4)利用鋁熱反應(yīng)不能冶煉還原性比Al強(qiáng)的金屬,如Mg、Na等。微點(diǎn)撥

高溫還原法常用的還原劑有C、CO、H2和活潑金屬等,其中用H2作還原劑時(shí)反應(yīng)制得的金屬最純凈。工業(yè)生產(chǎn)中用CO作還原劑時(shí),通常CO來自C的反應(yīng),因此用C或CO作還原劑,得到的金屬中會(huì)混有少量C,像高爐煉鐵得到的鐵中含有少量C;用活潑金屬作還原劑時(shí),得到的金屬中會(huì)混有少量活潑金屬。應(yīng)用體驗(yàn)【典例1】金屬鋰是密度最小的金屬,密度為0.534g·cm-3,與等質(zhì)量的其他金屬相比,鋰可以釋放出更多的電子,故常用來制造高性能電池。已知金屬鋰的活動(dòng)性介于鈉與鎂之間,則冶煉金屬鋰應(yīng)采用的方法是(

)A.電解法 B.高溫還原法C.熱分解法 D.鋁熱法A解析

金屬鋰的活動(dòng)性介于鈉與鎂之間,應(yīng)采用電解法冶煉金屬鋰。

【變式設(shè)問】(1)常用電解氯化鋰—氯化鉀熔融鹽的方法制備金屬鋰,試寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。加入KCl的目的是什么?

(2)實(shí)驗(yàn)室中通常將少量金屬鈉放在煤油中保存,能否將金屬鋰放在煤油中保存?

提示

化學(xué)方程式為2LiCl2Li+Cl2↑。加入KCl可降低LiCl的熔融溫度,減少能耗。提示

不能。金屬鋰的密度比煤油的密度小,因此無法用煤油保存金屬鋰,少量金屬鋰可保存在液體石蠟中。變式訓(xùn)練1(2024河北唐山高一期末)下列反應(yīng)原理不符合工業(yè)冶煉金屬實(shí)際情況的是(

)C解析

Mg是活潑金屬,用電解的方法冶煉,由于氧化鎂的熔點(diǎn)太高,應(yīng)電解熔融氯化鎂,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。探究二鋁的冶煉問題探究1.Al(OH)3是兩性氫氧化物,既可溶于強(qiáng)酸溶液,也可溶于強(qiáng)堿溶液。Al2O3是兩性氧化物,試寫出Al2O3與鹽酸、NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示

Al2O3+6HCl══2AlCl3+3H2O,Al2O3+2NaOH══2NaAlO2+H2O。

2.Al(OH)3可溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液,但不溶于弱酸H2CO3和弱堿NH3·H2O溶液中,因此可利用可溶性鋁鹽與氨水反應(yīng)制備Al(OH)3,或利用Na[Al(OH)4]溶液與過量CO2反應(yīng)制備Al(OH)3。試寫出制備Al(OH)3的兩個(gè)離子方程式。深化拓展1.從鋁土礦中提取鋁的工藝過程

2.發(fā)生的主要反應(yīng)

3.電解過程中冰晶石(Na3AlF6)的作用降低氧化鋁的熔融溫度,從而減少了冶煉過程中的能量消耗。微點(diǎn)撥

向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量或過量CO2的反應(yīng)向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2,反應(yīng)可生成Al(OH)3和Na2CO3;繼續(xù)通入CO2,Al(OH)3不能溶解,Na2CO3可與CO2反應(yīng)生成NaHCO3,因此反應(yīng)的離子方程式分別為:應(yīng)用體驗(yàn)【典例2】某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用鋁土礦(含有Al2O3和SiO2,不考慮其他雜質(zhì))制取金屬鋁的流程如下:(1)Al2O3與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為

。

(2)濾液Ⅱ中溶質(zhì)的用途之一是

。

Al2O3+6H+══2Al3++3H2O用作肥料

(3)電解熔融的Al2O3除得到金屬鋁之外,還可得到的氣體產(chǎn)物是

(填化學(xué)式)。

(4)操作Ⅱ中氨水不能用NaOH溶液代替,原因是

(用離子方程式表示)。O2

Al3++4OH-══[Al(OH)4]-解析

鋁土礦(含有Al2O3和SiO2,不考慮其他雜質(zhì))用稀硫酸溶解,二氧化硅不反應(yīng),過濾分離,濾液主要含有硫酸鋁,向?yàn)V液中加入氨水,反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀,過濾分離,濾液Ⅱ中主要含有硫酸銨,氫氧化鋁烘干、灼燒分解生成氧化鋁,電解熔融氧化鋁生成鋁單質(zhì)與氧氣。(1)Al2O3與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁和水,反應(yīng)的離子方程式為Al2O3+6H+══2Al3++3H2O。(2)濾液Ⅱ中主要含有硫酸銨,可用作肥料。(3)電解熔融氧化鋁生成鋁單質(zhì)與氧氣。(4)Al(OH)3能溶于NaOH溶液,所以氨水不能用NaOH溶液代替。技巧點(diǎn)撥

SiO2為酸性氧化物,不能與稀硫酸反應(yīng),因此若鋁土礦中含有SiO2可首先用稀硫酸酸溶提純;若鋁土礦中含有Fe2O3、MgO等堿性氧化物,則可先堿溶提純。變式訓(xùn)練2工業(yè)制備鋁一般是通過鋁土礦制得純凈的Al2O3,然后得到鋁,而不是電解氯化鋁,其主要原因是(

)A.AlCl3是共價(jià)化合物,其熔融態(tài)不導(dǎo)電B.電解AlCl3生成的Cl2會(huì)污染大氣C.用氫氣還原氧化鋁即可得到鋁D.AlCl3不存在A解析

AlCl3是共價(jià)化合物,其熔化后不能電離出陰、陽離子,A正確;Cl2雖然會(huì)污染大氣,但電解NaCl制金屬鈉時(shí)也產(chǎn)生Cl2,Cl2還是重要的化工原料,B錯(cuò)誤;鋁是活潑金屬只能利用電解法制取,C錯(cuò)誤;固體、溶液中均存在氯化鋁,D錯(cuò)誤。學(xué)以致用隨堂檢測全達(dá)標(biāo)123451.(2024北京西城高一期中)下列金屬中,通常用加熱分解法冶煉的是(

)A.鈉 B.銅C.鐵 D.銀D解析

金屬鈉為活潑金屬,需要用電解法冶煉,A錯(cuò)誤;金屬銅的冶煉采用熱還原法,B錯(cuò)誤;金屬鐵的冶煉采用熱還原法,C錯(cuò)誤;金屬銀的冶煉采用熱分解法,D正確。

123452.下列關(guān)于金屬冶煉的說法中錯(cuò)誤的是(

)A.人類歷史上金屬被發(fā)現(xiàn)的順序與金屬的活動(dòng)性有關(guān)B.電解法獲得鎂時(shí),不可在CO2或N2中降溫冷卻C.熱還原法常用的還原劑有CO、H2、C、Al等D.金屬Na、Mg、Al均能通過電解熔融氯化物的方法獲得D解析

性質(zhì)越穩(wěn)定的金屬,越容易被冶煉,根據(jù)人類掌握的冶煉技術(shù),金屬的發(fā)現(xiàn)與金屬的活動(dòng)性有關(guān),A正確;Mg在CO2或N2中能燃燒,所以電解法獲得鎂時(shí),不可在CO2或N2中降溫冷卻,B正確;熱還原法冶煉金屬常用的還原劑有CO、H2、C、Al等,C正確;金屬Na、Mg均能通過電解熔融氯化物的方法獲得,但是AlCl3為共價(jià)化合物,熔融時(shí)不導(dǎo)電,D錯(cuò)誤。123453.下列金屬在自然界中以游離態(tài)存在的是(

)A.Na B.CaC.Al D.AuD解析

金屬在自然界中的存在狀態(tài)與其活潑程度有關(guān)。絕大多數(shù)金屬在自然界中以化合態(tài)存在,只有少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬在自然界中以游離態(tài)存在,如金、鉑等。123454.(2024新疆伊犁高一期末)已知高爐煉鐵涉及反應(yīng):C+O2

CO2、C+CO22CO、3CO+Fe2O3

2Fe+3CO2。下列有關(guān)高爐煉鐵的說法正確的是(

)A.生成鐵的反應(yīng)是置換反應(yīng)B.加高爐頂,爐內(nèi)CO2可完全轉(zhuǎn)化為COC.高爐煉鐵可得到純鐵D.也可通過鋁熱反應(yīng)制備鐵單質(zhì)D12345解析

生成鐵的反應(yīng)是鐵的氧化物與CO反應(yīng)生成Fe和CO2,不屬于置換反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;焦炭與CO2反應(yīng)生成CO的反應(yīng)是可逆反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;高爐煉鐵得到的是生鐵,是鐵碳合金,C項(xiàng)錯(cuò)誤;也可通過鋁熱反應(yīng)制備鐵單質(zhì),這體現(xiàn)了鋁的強(qiáng)還原性,D項(xiàng)正確。123455.鋁熱反應(yīng)原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上,如用于焊接鋼軌等,實(shí)驗(yàn)室中鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)該實(shí)驗(yàn)步驟如下:用兩