資源簡(jiǎn)介

9.1 金屬的冶煉方法
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.知道常見金屬在自然界中的主要存在形式。
2.掌握高爐煉鐵的原理及過程。
3.了解常見金屬的冶煉方法,能從物質(zhì)性質(zhì)解釋金屬冶煉方法的差異。
【合作探究】
【學(xué)習(xí)情境】
依據(jù)人類所使用的工具不同可以把人類的歷史劃分為石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代,直到現(xiàn)在我們所處的信息時(shí)代。金屬的冶煉與使用使人類社會(huì)從石器時(shí)代進(jìn)入金屬時(shí)代,生產(chǎn)工具得到了極大的改善,促進(jìn)了生產(chǎn)力和人類社會(huì)的發(fā)展。即使是現(xiàn)在,金屬依然在生產(chǎn)生活中具有重要用途,因此我們很有必要探討一下金屬的冶煉。
任務(wù)1　金屬的存在形式
【新知生成】
金屬的存在形式
在自然界中,只有少量的金屬元素(如　　　　、　　　　)以　　　　形式存在于地殼中。
活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬,在自然界以各種各樣的　　　　存在。例如,鋁元素存在于　　　　(主要成分為Al2O3)中。
活動(dòng)性較弱的金屬,有可能以　　　　形式存在。例如,鐵元素有單質(zhì)(主要存在于　　　　中)、　　　　和硫酸鹽等存在形式。
【答案】金　銀　游離態(tài)　化合態(tài)　鋁土礦　游離態(tài)　隕石　氧化物
【核心突破】
典例1　從石器、青銅器到鐵器時(shí)代,金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展水平。下圖表示了三種金屬被人類開發(fā)利用的大致年限,之所以有先后,主要取決于(　　)。
A.金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱
B.金屬在地殼中的含量多少
C.金屬的化合價(jià)高低
D.金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱
【答案】D
【歸納總結(jié)】
自然界金屬元素的分類
1.從化合價(jià)角度:絕大部分以化合態(tài)形式存在,少量以游離態(tài)形式存在
2.從分布區(qū)域角度:大部分以礦石形式存在地殼中,少部分以離子或礦石存在海洋中。
3.從物質(zhì)類別角度:主要有氧化物、氯化物、硅酸鹽、硫酸鹽等。
訓(xùn)練1　人類最早冶金的歷史年代曲線圖如圖所示(-1000表示公元前1000年),下列說法正確的是(　　)。
A.金屬越活潑,冶煉的年代一定越晚
B.金屬鈉的冶煉遲于電池的發(fā)明
C.自然界中銅元素以游離態(tài)形式存在,故銅的冶煉年代最早
D.金屬氧化物(如Al2O3、Cu2O)也屬于金屬材料
【答案】B
【解析】由圖可知,Cu的冶煉年代比Au、Ag早,所以金屬活動(dòng)性強(qiáng)的冶煉的年代不一定晚,A項(xiàng)錯(cuò)誤;金屬鈉的冶煉采用電解熔融氯化鈉的方法,B項(xiàng)正確;單質(zhì)銅易形成銅銹,所以銅在自然界中主要以化合態(tài)存在,C項(xiàng)錯(cuò)誤;金屬氧化物(如Al2O3、Cu2O)不屬于金屬材料,金屬單質(zhì)或合金屬于金屬材料,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
任務(wù)2　金屬的冶煉
【新知生成】
一、概念
利用　　　　使金屬元素從　　　　　　　　　態(tài)變?yōu)椤　　　　　　　　B(tài)的過程。
二、常用方法
1.熱分解法:2Ag2O　　　　　　　　;
2.高溫還原法:　　　　　　　　(鋁熱反應(yīng));
3.電解法:2Al2O3　　　　　　　　　。
【答案】化學(xué)反應(yīng)　化合　游離　4Ag+O2↑　2Al+Fe2O32Fe+Al2O3　4Al+3O2↑
【核心突破】
典例2　下列關(guān)于高爐煉鐵生產(chǎn)說法正確的是(　　)。
A.還原氧化鐵的還原劑是焦炭
B.采用富氧空氣可以得到純鐵
C.加石灰石的目的主要是除去過量碳
D.用于冶煉生鐵的礦石主要有磁鐵礦、赤鐵礦
【答案】D
【解析】A項(xiàng)中,焦炭發(fā)生的反應(yīng):C+O2CO2、CO2+C2CO,其中CO將鐵礦石中的鐵還原成鐵單質(zhì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;高爐煉鐵得到的只是含碳量為2%~4.3%的生鐵,不會(huì)得到純鐵,B項(xiàng)錯(cuò)誤;加入石灰石的目的是讓它在高溫下分解成生石灰,繼而再與SiO2反應(yīng)生成CaSiO3爐渣,除去雜質(zhì)SiO2,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
【歸納總結(jié)】
金屬鐵冶煉過程中發(fā)生的反應(yīng)
　　訓(xùn)練2　已知Al、Cu、Hg三種金屬分別用如下方法冶煉:
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,H2+CuOCu+H2O,2HgO2Hg+O2↑。
(1)分析以上信息,可總結(jié)出金屬的冶煉方法與其金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱之間的關(guān)系是　 。
(2)利用(1)中的結(jié)論,寫出工業(yè)上用CaCl2冶煉金屬鈣的化學(xué)方程式:　 。
(3)在某些特殊環(huán)境下,往往用鋁熱反應(yīng)來冶煉一些難熔金屬,請(qǐng)寫出據(jù)此法用MnO2冶煉金屬錳的化學(xué)方程式:　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)非常活潑的金屬一般采用電解法冶煉,中等活潑的金屬一般采用高溫還原法冶煉,不活潑的金屬一般采用熱分解法冶煉
(2)CaCl2(熔融)Ca+Cl2↑
(3)4Al+3MnO22Al2O3+3Mn
【解析】(1)金屬的冶煉方法與金屬在自然界中的存在狀態(tài)、金屬活動(dòng)性有關(guān)。非常活潑的金屬一般采用電解法冶煉(如K、Ca、Na、Mg、Al等),中等活潑的金屬一般采用高溫還原法冶煉(如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等),不活潑的金屬一般采用熱分解法冶煉(如Hg、Ag等)。(2)Ca是非常活潑的金屬,工業(yè)上用電解熔融CaCl2的方法冶煉。(3)金屬鋁和MnO2發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)錳和氧化鋁。
【課堂小結(jié)】
【隨堂檢測(cè)】
1.下列關(guān)于金屬冶煉的說法正確的是(　　)。
A.金屬冶煉的本質(zhì)是將化合態(tài)金屬還原為游離態(tài),冶煉方法由金屬的活動(dòng)性決定
B.銅的濕法冶煉是將金屬鈉投入CuSO4溶液中,從而置換出銅
C.鐵通常采用熱還原法冶煉,加入石灰石的目的是除去過量的碳
D.用海水作原料制得精鹽,再電解純凈的NaCl溶液可制得金屬鈉
【答案】A
【解析】A項(xiàng),關(guān)于金屬冶煉的本質(zhì)和方法的敘述是正確的;B項(xiàng),濕法煉銅是用鐵置換出銅;C項(xiàng),煉鐵中加入石灰石是為了除去二氧化硅雜質(zhì);D項(xiàng),工業(yè)電解熔融的NaCl來制取Na。
2.以輝銅礦(Cu2S)為原料冶煉銅,其反應(yīng)原理可表示為Cu2S+O22Cu+SO2。下列說法不正確的是(　　)。
A.化合價(jià)發(fā)生變化的元素有3種
B.Cu2S在該反應(yīng)中既作還原劑又作氧化劑
C.1 mol O2參加反應(yīng)時(shí),上述反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)的量為4 mol
D.SO2被分離、回收后氧化生成SO3,作為制取硫酸的原料
【答案】C
3.工業(yè)上制備下列金屬,采用的化學(xué)反應(yīng)原理錯(cuò)誤的是(　　)。
A.鋁:2AlCl3(熔融)2Al+3Cl2↑
B.鐵:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
C.鈦:TiCl4+4NaTi+4NaCl
D.汞:HgSHg+S
【答案】A
4.下列說法錯(cuò)誤的是(　　)。
A.有些活潑金屬(如鋁)可作熱還原法冶煉金屬的還原劑
B.可用電解熔融NaCl的方法來冶煉金屬鈉
C.可用焦炭或一氧化碳還原氯化鋁的方法來冶煉鋁
D.回收舊金屬可以重新制成金屬或它們的化合物
【答案】C
【解析】鋁可以作還原劑冶煉一些高熔點(diǎn)的金屬,A項(xiàng)正確;金屬鈉用電解熔融NaCl的方法制取,B項(xiàng)正確;鋁是活潑金屬,很難用還原劑把它還原出來,C項(xiàng)錯(cuò)誤;回收舊金屬可以重新制成金屬或它們的化合物,D項(xiàng)正確。
5.據(jù)《天工開物》記載,我國古代以爐甘石(主要成分是ZnCO3)來“升煉倭鉛”(如圖1,倭鉛即鋅),其裝置示意圖如圖2所示,涉及的反應(yīng)有ZnCO3CO2↑+ZnO、CO2+C2CO、ZnO+COZn(g)+CO2。已知鋅的熔點(diǎn)為419.4 ℃,沸點(diǎn)為902 ℃。則下列說法不正確的是(　　)。
圖1　圖2
A.“升煉倭鉛”過程中包含氧化還原反應(yīng)
B.“鋅火”是鋅蒸氣和一氧化碳在空氣中燃燒形成的
C.“泥封”的目的是防止得到的鋅被氧化
D.冶煉時(shí)鋅變?yōu)檎魵庠凇岸凳摇崩淠秊楣腆w
【答案】D
【解析】反應(yīng)區(qū)溫度達(dá)到1100~1300 ℃,Zn變?yōu)檎魵馀c雜質(zhì)分離,在“兜室”冷凝為液體流出(冷凝區(qū)溫度高于Zn的熔點(diǎn)),故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
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