小初高学习学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁铜的获取及应用.docx
《小初高学习学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁铜的获取及应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小初高学习学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁铜的获取及应用.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
小初高学习学年高中化学专题3从矿物到基础材料第二单元铁铜的获取及应用
第二单元铁、铜的获取及应用
第一课时从自然界获取铁和铜
——————————————————————————————————————
[课标要求]
1．了解铁、铜的冶炼。
2．掌握金属冶炼的一般方法。
1．常见的铁矿有磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（Fe2O3）等，常见的铜矿有黄铜矿（CuFeS2）、孔雀石[CuCO3·Cu（OH）2]等。
2．工业上主要采用高温冶炼黄铜矿（CuFeS2）的方法获得粗铜后经过电解精炼得到
精铜。
3．常见金属的冶炼方法：
①K、Ca、Na、Mg、Al用电解法；②金属活动性顺序
中Zn～Cu用高温还原法；③Hg、Ag用热分解法；④Cu、Zn还可用湿法冶炼。
1．铁、铜的存在
铁、铜在自然界中主要以化合态的形式存在。
（1）铁矿有磁铁矿（主要成分为Fe3O4）、赤铁矿（主要成分为Fe2O3）等。
（2）铜矿有黄铜矿（主要成分为CuFeS2）、孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu（OH）2]等。
2．铁、铜的早期获取
人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。
所不同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。
3．铁的冶炼
（1）设备：
炼铁高炉。
（2）原料：
铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
（3）主要反应
①还原剂的生成。
a.生成CO2：
C＋O2高温,CO2，
b生成CO：
CO2＋C高温,2CO。
②铁的生成：
Fe2O3＋3CO高温,2Fe＋3CO2。
③炉渣的形成：
a.CaCO3高温,CaO＋CO2，
b．CaO＋SiO2高温,CaSiO3。
[特别提醒]
使用炼铁高炉得到的是含碳2%～4.5%的生铁，生铁经过进一步冶炼，包括降碳，调硅锰，除硫、磷，得到含碳量0.03%～2%的钢。
4．炼铜
（1）工业炼铜：
工业上采用高温冶炼黄铜矿（主要成分为CuFeS2）的方法得到铜。
黄铜矿
冰铜―→粗铜（含Ag、Au、Fe、Zn等杂质）
精铜
（2）生物炼铜（矿堆浸铜法）
①原理：
CuS
CuSO4
Cu。
②特点：
成本低、污染小、反应条件简单等。
1．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是（ ）
A．焦炭和一氧化碳都是还原剂
B．采用富氧空气可以得到纯铁
C．加石灰石的目的主要是为了得到CO2
D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿
解析：
选A 高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。
2．回答下列关于高炉炼铁的问题：
（1）炼铁的原料有______________________________________________________。
（2）焦炭的作用有两点：
一是____________，化学方程式为_______________________；
二是__________，化学方程式为______________________________________________。
（3）铁矿石的作用是________，化学方程式（以赤铁矿为例）为_____________________。
（4）生石灰的作用是________，化学方程式为__________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）铁矿石、焦炭、空气、石灰石
（2）燃料，提供能量 C＋O2
CO2 生成还原剂 C＋CO2
2CO
（3）炼铁基础原料，作氧化剂 Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2 （4）造渣材料 CaCO3
CaO＋CO2↑
CaO＋SiO2
CaSiO3
1．金属的冶炼
金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。
2．金属的活泼性与金属的冶炼方法
（1）少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在，如金、铂等。
大部分金属以化合态形式存在于自然界，金属越不活泼，从其化合物中还原出来越容易，金属越活泼从其化合物中还原出来越困难。
（2）金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
3．高温还原法的冶炼金属的分类和优、缺点
（1）分类
（2）优、缺点
用氢气还原法冶炼金属，纯度高，但成本也高；用一氧化碳和炭还原法冶炼金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法可以冶炼熔点高难冶炼的金属，成本较高。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）在自然界中金属都以化合态存在（ ）
（2）在金属化合物中金属元素都显正价（ ）
（3）金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生氧化反应（ ）
（4）金属的活动性越强，即金属失电子的能力越强（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）√
2．下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是（ ）
选项
冶炼原理
方法
A
2HgO
2Hg＋O2↑
热分解法
B
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑
电解法
C
Cu2S＋O2
2Cu＋SO2
热分解法
D
Fe2O3＋2Al
2Fe＋Al2O3
高温还原法
解析：
选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利用热分解法冶炼，故A、B、D正确。
C错误，C项为火法炼铜。
[三级训练·节节过关]
1．下列说法不正确的是（ ）
A．有些活泼金属如铝可作还原剂法的还原剂
B．用电解熔融的NaCl的方法来冶炼金属钠
C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝
D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物
解析：
选C 铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3高温,2Fe＋Al2O3；金属钠用电解熔融的NaCl的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。
2．目前工业上冶炼铝通常采用的方法是（ ）
A．CO或H2还原法 B．铝热反应法
C．电解法D．热分解法
解析：
选C 目前工业上冶炼金属铝采用的是电解熔融的Al2O3来得到金属铝。
3．下列反应能通过置换反应生成铁的是（ ）
①Zn＋FeCl2（溶液） ②Na＋FeSO4（溶液） ③Fe2O3＋CO（高温） ④Fe3O4＋H2（高温） ⑤Al＋Fe2O3（引燃）
A．①③④⑤B．①②③
C．①④⑤D．①②③④⑤
解析：
选C ②中钠先与水反应生成NaOH，再与FeSO4发生复分解反应，并不能置换出铁；③该反应虽然生成铁，但不是置换反应，其余皆符合题意。
4．冶炼金属一般有下列方法：
①焦炭法 ②水煤气（或氢气或一氧化碳）法 ③活泼金属置换法 ④电解法。
（1）对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入空格中。
火烧孔
雀石炼铜
湿法
炼铜
铝热
法炼铬
从光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）中炼镁
（2）各列举一个使用上述方法冶炼金属的例子（用化学方程式表示）。
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________。
解析：
（1）火烧孔雀石炼铜是用C还原孔雀石分解得到CuO，选①；湿法炼铜和铝热法炼铬都是利用活泼金属置换较不活泼的金属，选③；光卤石炼镁的反应为MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑，选④；
（2）金属活动性较强的金属、活动性介于Zn～Cu之间的金属、活动性较弱的金属分别采用电解法、高温还原法、热分解法冶炼。
答案：
（1）① ③ ③ ④
（2）①2Fe2O3＋3C
4Fe＋3CO2↑
②3H2＋WO3
W＋3H2O
③3MnO2＋4Al
3Mn＋2Al2O3
④2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
1．下列说法中，不正确的是（ ）
A．金属的冶炼，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．金属由化合态变为游离态，都是被还原
D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱
解析：
选B 由金属冶炼的方法可知，金属冶炼时，除用高温还原法外，还可用电解法、热分解法，后两种方法不用加入还原剂，B不正确。
2．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是（ ）
A．2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
B．Al2O3＋3C
2Al＋3CO↑
C．Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
D．2Ag2O
4Ag＋O2↑
解析：
选B 目前金属铝的制备方法是电解氧化铝，其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。
3．铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因是铝具有（ ）
A．两性
B．导电性好
C．熔点低
D．还原性强，且反应放出大量热
解析：
选D 铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因一是铝比铁、钒、铬、锰等活泼，铝能把其置换出来；二是反应放出大量的热使反应得以进行，D正确。
4．下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是（ ）
A．MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑
B．TiCl4＋4Na
Ti＋4NaCl
C．Al2O3＋3H2
2Al＋3H2O
D．Fe3O4＋4CO
3Fe＋4CO2
解析：
选C 工业上用电解Al2O3的方法制取单质Al。
5．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开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于（ ）
A．金属的导电性强弱
B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低
D．金属的活动性强弱
解析：
选D 人类对材料的使用经历了一个由易到难，由简单到复杂的过程，所以金属活动性较差、容易冶炼的金属最先被人发现和利用。
6．用H2、C、CO分别与等质量的氧化铁在高温下反应，使氧化铁中的铁全部还原出来，消耗H2、C、CO的质量比为（ ）
A．1∶1∶1B．1∶3∶14
C．1∶6∶14D．2∶1∶2
解析：
选B 由3H2～Fe2O3，
C～Fe2O3,3CO～Fe2O3可知，相同的质量的氧化铁需要的还原剂的质量比为：
（3×2）∶
∶（3×28）＝1∶3∶14。
7．工业上，常用Mg还原法制取金属Ti，反应原理如下：
2Mg＋TiCl4
2MgCl2＋Ti。
下列说法正确的是（ ）
①该反应属于置换反应；②该反应属于氧化还原反应；
③该反应表明Mg比Ti活泼；④Ti被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有广泛用途。
A．只有①②B．只有③④
C．只有①②③D．全部
解析：
选D 由单质Mg从化合物TiCl4中置换出金属Ti，化合价发生变化，故①②正确；在反应中Mg作还原剂，Ti是还原产物，故Mg的还原性比Ti强，③正确；④Ti为性能优良的金属，广泛应用于航天工业，④正确。
8．用足量的CO还原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到60.0g沉淀，则该氧化物是（ ）
A．FeOB．Fe2O3
C．CuOD．Cu2O
解析：
选B n（CO2）＝n（CaCO3）＝
＝0.6mol，则氧化物中氧元素也为0.6mol，m（O）＝0.6mol×16g·mol－1＝9.6g。
金属的质量为32g－9.6g＝22.4g，假设为Fe元素，n（Fe）∶n（O）＝
∶0.6mol＝2∶3；假设为Cu元素，n（Cu）∶n（O）＝
∶0.6mol＝7∶12。
9．冶炼金属常用以下几种方法：
①以C、CO或H2作还原剂；②利用铝热反应原理还原；③电解法；④分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳（用序号填写下列空白）。
（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：
_______________________________________。
解析：
活泼的金属，如Na、Mg、Al用电解法冶炼，不活泼的金属，如Hg、Ag用热分解法冶炼，中等活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用高温还原法冶炼，难熔金属如V、Cr、Mn、W等用铝热反应冶炼。
答案：
（1）①
（2）③ （3）④ （4）②
10．铁是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。
自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。
金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石。
请填空：
（1）写出磁铁矿主要成分的化学式：
______________________________________。
（2）写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：
________________________________________________________________________。
（3）写出CaCO3所参与有关反应的两个化学方程式：
________________________________________________________________________。
解析：
赤铁矿主要成分为Fe2O3，磁铁矿主要成分为Fe3O4，铁元素在这两种矿石中均以化合态形式存在。
高炉炼铁就是用还原剂将铁矿石中的Fe还原出来的过程。
答案：
（1）Fe3O4
（2）C＋O2
CO2，CO2＋C
2CO
（3）CaCO3
CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2
CaSiO3
1．下列关于钙、钾、铜的冶炼方法正确的是（ ）
A．电解法、热分解法、热还原法
B．电解法、电解法、高温还原法
C．高温还原法、热分解法、高温还原法
D．电解法、电解法、热分解法
解析：
选B 钙、钾是活泼的金属，应采用电解的方法冶炼，铜是中等活泼金属，采用高温还原方法来冶炼。
2．下列有关金属冶炼说法不正确的是（ ）
A．电解饱和NaCl溶液制备Na
B．电解熔融的MgCl2制备Mg
C．CO还原赤铁矿（Fe2O3）可用于炼铁
D．Fe和CuSO4溶液的反应可用于湿法炼铜
解析：
选A A项，电解饱和氯化钠溶液得到氢气、氯气、氢氧化钠，不能得到Na单质，错误；B项，电解熔融的氯化镁可以制取Mg，正确；C项，CO具有还原性，可以还原金属氧化物为金属单质，正确；D项，Fe与硫酸铜发生置换反应得到Cu单质，被称为湿法炼铜，正确。
3．工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是（ ）
A．碳还原法
B．铝热法还原
C．直接加热法
D．盐的水溶液与活泼金属置换法
解析：
选B 冶炼难熔金属通常用铝热法。
4．在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是（ ）
A．Na，Mg，AlB．Na，K，Zn，Fe
C．Zn，Fe，Cu，AgD．Mg，Al，Zn，Fe
解析：
选A A项，Na、Mg、Al都是活泼的金属，应该用电解的方法冶炼而不能用还原剂还原，正确；B项，Na、K用电解法冶炼，而Zn、Fe用高温还原法冶炼，错误；C项，Zn、Fe用高温还原法冶炼，而Cu、Ag用热分解的方法冶炼，错误；D项，Mg、Al用电解法冶炼，而Zn、Fe用高温还原法冶炼，错误。
5．下列有关金属的工业制法中，正确的是（ ）
A．炼铜：
用黄铜矿（主要成分为CuFeS2）直接电解精炼得到纯度为99.9%的铜
B．制铝：
工业上电解熔融氯化铝来制备铝
C．制钠：
电解饱和NaCl溶液
D．炼铁：
用CO在高温下还原铁矿石中的铁
解析：
选D 电解精炼铜时用粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜作电解液进行电解，A项错误；工业上电解熔融的氧化铝制备铝，B项错误；制取钠时电解的是熔融的氯化钠，C项错误，D项正确。
6．在熔融状态下，Na与KCl存在可逆反应：
Na＋KClNaCl＋K，通过调整温度，可利用金属Na来制取K。
物质
K
Na
KCl
NaCl
熔点/℃
63.6
97.8
770
801
沸点/℃
774
883
1500
1413
根据上表的熔点和沸点，确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为（ ）
A．770℃B．801℃
C．850℃D．770～801℃
解析：
选C K、Na的活泼性相近，要从上述可逆的置换反应中制取K，主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K汽化。
其余三种物质均为液体，便于生成的K蒸气不断逸出，使反应向生成K的方向进行而制得K。
在801～883℃合理。
7．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1mol，消耗铝最少的是（ ）
A．MnO2B．Cr2O3
C．WO3D．CuO
解析：
选D 得到1mol金属时转移电子的物质的量越少，则消耗Al越少，从而可知，金属的化合价越低，被还原时，需要的电子越少，消耗的铝越少。
8．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＋2Cu2O
6Cu＋SO2↑。
下列对于该反应的说法中，正确的是（ ）
①该反应中的氧化剂只有Cu2O ②Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂 ③Cu既是氧化产物又是还原产物
④氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶6
A．①②B．②③
C．①③D．②④
解析：
选D 该反应中，Cu2S既是氧化剂又是还原剂，Cu2O是氧化剂；Cu是还原产物，SO2是氧化产物。
9．已知Al、Cu、Hg三种金属分别用如下方法冶炼：
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑，H2＋CuO
Cu＋H2O,2HgO
2Hg＋O2↑。
（1）分析以上信息，可总结出金属冶炼方法与金属活动性强弱之间的关系是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）利用
（1）中的结论，并结合题目信息，写出工业上用CaCl2冶炼金属钙的化学方程式________________________________________________________________________。
（3）在某些特殊环境下，往往用铝热反应来冶炼一些难熔金属，请据此法写出用MnO2冶炼金属锰的化学方程式：
________________________________________________________________________。
解析：
（1）金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在状态、金属活泼性有关。
一般来说，活泼的金属采用电解法冶炼（如K、Ca、Na、Mg、Al等），中等活泼的金属用高温还原法冶炼（如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等），不活泼的金属用热分解法冶炼（如Hg、Ag等）。
（2）Ca是活泼的金属，工业上用电解熔融CaCl2的方法冶炼。
（3）金属铝和MnO2发生置换反应生成单质锰和氧化铝。
答案：
（1）活泼的金属一般采用电解法冶炼，中等活泼的金属一般采用高温还原法冶炼，不活泼的金属一般采用热分解法冶炼
（2）CaCl2（熔融）
Ca＋Cl2↑
（3）4Al＋3MnO2
2Al2O3＋3Mn
10．钢铁工业对促进经济和社会的发展具有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。
其设备如图所示：
炼铁的炉料（铁矿石、焦炭、石灰石等）由高炉的顶部投入，原料在下降过程中与高炉气气流在炉身部分发生作用。
请回答下列问题：
（1）焦炭在炼铁的过程中所起的作用是_____________________________________
________________________________________________________________________。
（2）采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，其目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）写出以赤铁矿为原料的炼铁高炉中发生的主要化学反应____________________。
（4）高炉气中含有的主要气态污染物是______________________________________，
若直接排放将污染空气，因此应回收利用，请写出该污染物的一种用途________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）焦炭在炼铁的过程中既作为能源提供反应所需要的能量，同时生成CO作为还原剂，还原出铁矿石中的Fe；
（2）采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，主要是采用逆流操作，不仅利于矿石与还原性气体充分接触，还增加了接触时间，利于反应；（3）炼铁高炉中发生的主要反应就是还原剂的生成及生成铁的反应；（4）高炉气的主要成分有：
CO、CO2等，其主要气态污染物是有毒的CO；回收利用CO，可用作燃料或作还原剂等。
答案：
（1）既提供热量，又产生还原剂CO
（2）采用逆流接触操作，使矿石与还原性气体充分接触、反应
（3）C＋O2
CO2，CO2＋C
2CO，Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
（4）CO 作燃料（或还原剂）
升级会员 