必修二第四章 第一节第一课时 开发利用金属矿物和海水资源Word文档格式.docx

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（3）用氢气还原氧化铜：

CuO＋H2

Cu＋H2O。

4．其他方法

（1）火法炼铜：

Cu2S＋O2

2Cu＋SO2。

（2）湿法炼铜：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

5．合理开发和利用金属矿物资源

【判断】

1．黄金的冶炼需要热分解法。

（×

）

2．金属冶炼的实质是把金属从化合态还原为游离态。

（√）

3．工业上采用热还法冶炼金属钠。

4．氧化镁与铝粉混合在一定条件下能发生铝热反应制得镁。

铝热反应

1.铝热反应

概念

铝和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

铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物

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

冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；

焊接钢轨等

2．铝热反应实验

实验装置

实验现象

镁带剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。

反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。

纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

实验结论

在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热

注意事项

（1）镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃

（2）氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应

（3）要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出

（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）实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤

【活学活用】

用如图所示的装置做铝热反应实验，回答下列问题：

（1）写出该反应的化学方程式：

___________________，

在该反应中，________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。

（2）选出该实验的实验现象：

________________（填序号）。

①镁带剧烈燃烧　②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射　③纸漏斗的下部被烧穿　④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体

（3）写出下列操作或物质的作用：

内层纸漏斗底部剪一个孔：

________；

蒸发皿盛沙：

镁带：

氯酸钾：

________。

【解析】　

（1）铝热反应为2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。

（2）①②③④全为该铝热反应的现象。

（3）铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；

为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；

反应中镁带提供热量使氯酸钾分解；

氯酸钾分解引发铝热反应。

【答案】　

（1）2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3　Fe2O3　Al　铝热

（2）①②③④

（3）使熔融物易于落下　防止溅落物炸裂蒸发皿　引起氯酸钾分解　引发铝热反应

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中：

问题1

问题2

问题3

问题4

实验探究铝热反应的产物

[探究背景]

右图是铝热反应的实验装置图，该反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3

关于“铝热反应”的现象有这样的描述：

“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。

[探究问题]

1．能否利用铝热反应冶炼钠或镁？

【提示】　不能。

铝热反应的实质是置换反应，利用铝的活泼性置换出较不活泼的金属，钠、镁比铝活泼，应利用电解法冶炼。

2．已知，Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下：

物质

Al

Fe2O3

Al2O3

Fe

熔点（℃）

660

1462

2054

1535

沸点（℃）

2467

—

2980

2750

据此有同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金，该同学的推测是否合理？

请说明理由。

【提示】　合理。

因为Fe的熔点比Al的熔点高，但比Al的沸点低，即铁熔化时，Al已熔化但并没有气化，因此Fe、Al熔合在一起形成铁铝合金。

3．实验室欲在常温下溶解此熔融物，能否选用稀硫酸？

能否选用浓硫酸或NaOH溶液？

【提示】　能选择稀硫酸，因为稀硫酸能完全溶解此熔融物，并且不会造成环境污染；

不能选择浓硫酸或NaOH溶液，因为浓硫酸会使Fe、Al钝化，NaOH溶液不能溶解单质铁。

4．请设计一个简单的实验方案，证明所得的块状熔融物中是否含有金属铝。

【提示】　取适量样品置于试管中，加入NaOH溶液，若有气泡产生，说明熔融物中存在金属铝；

若不产生气泡，则证明熔融物中不存在金属铝。

金属冶炼方法的选择

　冶炼金属一般有下列4种方法：

①焦炭法；

②水煤气（或氢气、一氧化碳）法；

③活泼金属置换法；

④电解法。

这4种方法在工业上均有应用。

古代有：

Ⅰ.火烧孔雀石炼铜；

Ⅱ.湿法炼铜。

现代有：

Ⅲ.铝热法炼铬；

Ⅳ.从光卤石（MgCl2·

6H2O）中炼镁。

对它们的冶炼方法的分类，不正确的是（　　）

A．Ⅰ，①　　　　　　　B．Ⅱ，②

C．Ⅲ，③D．Ⅳ，④

【思路点拨】　

→

【解析】　金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的状态、金属活动性等有关，需要在理解的基础上加以记忆：

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生的反应分别是：

Ⅰ.Cu2（OH）2CO3

2CuO＋CO2↑＋H2O

C＋2CuO

2Cu＋CO2↑

Ⅱ.Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

Ⅲ.2Al＋Cr2O3

Al2O3＋2Cr

Ⅳ.先从光卤石中提取MgCl2，再电解熔融的MgCl2：

则Ⅰ属于方法①，Ⅱ属于方法③，Ⅲ属于方法③，Ⅳ属于方法④。

综上分析，B选项不正确。

【答案】　B

1．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。

如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】　分析图表知，Al、Fe、Cu三种金属活动性逐渐减弱，而三种金属开发利用的时间由晚到早，由此可判断金属活动性越强，冶炼越困难，开发利用的时间越晚。

【答案】　D

2．下列金属冶炼的反应原理，错误的是（　　）

A．2NaCl（熔融）

B．MgO＋H2

Mg＋H2O

C．Fe3O4＋4CO

3Fe＋4CO2

D．2HgO

2Hg＋O2↑

【解析】　K～Al等活泼金属不能用普通的还原剂把它们还原出来，一般采用的是电解熔融盐或氧化物的方法冶炼。

Zn～Cu等金属可以用还原剂（如CO、H2、C）等高温还原的方法冶炼，必要时再用其他方法（比如铜的精炼）进一步精炼。

更不活泼的金属由于它们的化合物更不稳定，因此一般采用热分解法冶炼。

3．金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。

已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是（　　）

A．电解法B．热还原法

C．热分解法D．铝热法

【解析】　可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来判断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，都用电解法才能得到金属单质。

【答案】　A

4．下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是

（　　）

A．CO、O2、H2B．CO、CO2、C

C．CO2、H2O、O2D．Al、C、H2

【解析】　还原性强的物质（如Al、C、H2、CO等）一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。

5．根据CO还原铁的氧化物的实验装置图（如图所示），回答下列问题：

（1）怎样知道硬质玻璃管中Fe2O3已开始反应？

_____________________________________________。

（2）在A处点燃，可观察到的现象是________________，

为什么要在A处点燃？

__________________________。

（3）实验结束时应注意的操作是________。

①先停止通入CO

②先熄灭酒精喷灯，并继续通入CO

③熄灭酒精喷灯，同时停止通入CO

④先熄灭酒精喷灯，继续通入CO至被还原的铁粉冷却，并点燃排出的CO气体

【解析】　

（1）开始发生反应时，硬质玻璃管中红色物质逐渐变黑，B中澄清石灰水开始变浑浊；

（2）CO燃烧可见浅蓝色的火焰；

因CO有毒，为防止CO污染空气，必须点燃处理未反应的CO；

（3）先熄灭酒精喷灯，继续通入CO至被还原的铁粉冷却，并点燃排出的CO气体，这样可以防止铁在冷却过程中被氧化及CO污染空气或使人中毒。

【答案】　

（1）当硬质玻璃管中红色物质开始变黑时，B中澄清石灰水开始变浑浊，说明开始发生反应

（2）有浅蓝色的火焰　因CO有毒，为防止CO污染空气，必须点燃处理未反应的CO　（3）④

A组　基础过关

1．工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法，由于金属的化学活动性不同，因此选用不同的冶炼方法。

你认为选择方法主要依据（　　）

A．金属在自然界的存在形式

B．金属元素在地壳中的含量

C．金属熔点高低

D．金属阳离子得电子能力

【解析】　冶炼金属选择方法是根据金属活动性，也可认为是对应金属阳离子的得电子能力。

2．下列说法中正确的是（　　）

A．金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来

B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属被氧化

C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属被还原

D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原

【解析】　金属的冶炼是将金属从其化合物中还原出来，金属在化合物中只能显正价。

冶炼时化合价只可能降低，被还原。

【答案】　C

3．下列关于金属冶炼的说法不正确的是（　　）

A．热分解法适用于制备不活泼金属

B．热还原法的常用还原剂是C、H2、CO、Al等

C．熔融电解法适用于制备不活泼金属

D．水溶液中置换法适用于较活泼金属制取不活泼金属

【解析】　熔融电解法适用于制备活泼金属，热还原法适用于制备比较活泼的金属，热分解法适用于制备不活泼金属。

4．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

热分解法

B

4Al＋3O2↑

电解法

C

2Cu＋SO2

D

2Fe＋Al2O3

热还原法

【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等用热还原法冶炼，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。

5．分析推理是化学学习的方法之一。

下列实验推理中，正确的是（　　）

A．金属的冶炼方法与金属的活泼性有很大关系，所以银和汞可以用热分解的方法冶炼

B．钠比铜活泼，所以钠可以从硫酸铜溶液中置换出铜

C．工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁，所以工业上电解熔融氯化铝可制得铝

D．将镁条和铝片用导线连接再插进稀NaOH溶液中，镁条上产生气泡，说明镁比铝活泼

【解析】　B项，钠比铜活泼，但将钠放入硫酸铜溶液中钠与水反应，不能从硫酸铜溶液中置换出铜；

C项，工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁，但熔融氯化铝不导电，所以不能用电解熔融氯化铝的方法来制取铝；

D项，由于铝片能够与NaOH溶液反应，而镁条与NaOH溶液不反应，所以将镁条和铝片用导线连接再插进稀NaOH溶液中，镁条为原电池正极，镁条上产生气泡，但不能说明镁比铝活泼。

6．在冶金工业上，均不能用通常的化学还原剂制得的一组是（　　）

A．Na、Ca、Mg、Al、K　　　B．Na、K、Zn、Fe、Hg

C．Zn、Fe、Cu、Ag、SnD．Mg、Al、Zn、Fe、Pb

【解析】　A项中的金属均为活泼金属，通常用电解法冶炼。

7．下列化工原理生产中错误的是（　　）

①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠

②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁

③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝

④工业上用电解氯化镁的方法制取金属镁

A．②③　B．①③

C．①②③D．②③④

【解析】　工业上一般采用电解熔融氯化钠的方法冶炼金属钠；

若将钠加入到氯化镁溶液中，发生反应：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）↓＋2NaCl，所以不能冶炼金属镁；

氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝做原料，通过电解的方法得到金属铝；

由于MgO、MgCl2均为离子化合物且熔点：

MgCl2<

MgO，所以工业上一般以MgCl2为原料通过电解的方法冶炼金属镁。

8．成语、诗词话科学——对下列成语或诗句所描述现象的解释，你认为错误的是

成语或诗句

用化学知识解释

唐代李白诗句“风吹柳花满店香”

这是生活中常见的一种分子扩散运动

“烈火见真金”

金的性质稳定，在烈火中也不会发生反应

明代于谦诗句“粉身碎骨浑不怕”

它指石灰石碾碎成粉末状的物理变化过程

成语“百炼成钢”

通过反复锤炼，减少铁合金中碳元素的质量分数

【解析】　诗句“粉身碎骨浑不怕”，描述的是石灰石经高温煅烧之后变成粉末状的生石灰，是化学变化。

9．冶炼金属常用以下几种方法：

①以C、CO或H2做还原剂的热还原法

②利用铝热反应原理还原的铝热法

③电解法

④热分解法

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】　非常活泼的金属，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，较活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用热分解法冶炼，较活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用热还原法冶炼，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

B组　能力提升

10．用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（　　）

A．MnO2B．WO3

C．Cr2O3D．Co3O4

【解析】　用铝热法还原金属氧化物时，Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂。

在反应中金属氧化物被还原为单质，显然，在氧化物中金属化合价越高，变为单质时需获得的电子越多，消耗铝越多；

金属化合价越低，得电子数越少，消耗铝越少。

以上金属氧化物中金属的化合价分别为：

Mn（＋4）、W（＋6）、Cr（＋3）、Co（＋

）。

Co化合价最低，消耗铝最少。

11．工业上制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的Al2O3，然后得到铝，而不是电解氯化铝，其主要原因是（　　）

A．AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电

B．电解AlC13生成的Cl2会污染大气

C．用氢气还原氧化铝即可得到铝

D．AlCl3不存在

【解析】　AlCl3是共价化合物．其熔融态不导电，A正确；

Cl2虽然会污染大气，但电解NaCl制金属钠时也产生Cl2，况且Cl2还是重要的化工原料，B错误；

铝是活泼金属只能利用电解法制取，C错误；

固体、溶液中均存在氯化铝，D错误。

12．把铝粉和四氧化三铁粉末配成铝热剂，分成两等份。

第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物和足量盐酸反应；

第二份直接投入足量的NaOH溶液中，充分反应。

则前后两种情况下生成气体的体积之比是（相同状态下）（　　）

A．1∶1B．9∶8

C．3∶4D．4∶3

【解析】　根据铝粉和四氧化三铁恰好完全反应可得，铝粉和四氧化三铁粉末的物质的量之比为8∶3，故反应前后的铝粉和铁粉的物质的量之比为8∶9，再通过铁粉与盐酸的反应，以及铝粉与NaOH溶液的反应可知，生成气体的体积之比为9∶12，即3∶4。

13．（双选）实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。

发生铝热反应之后，所得固体中含金属单质为18g，则该氧化物粉末可能是

A．Fe2O3和MnO2B．MnO2和V2O5

C．Cr2O3和V2O5D．Fe3O4和FeO

【解析】　9g铝粉可以提供1mol电子，则氧化物中的金属元素每得到1mol电子对应的质量就应该是18g。

三价Fe得到1mol电子对应的质量为18.7g，四价Mn得到1mol电子对应的质量为13.8g，故A对。

五价V得到1mol电子对应的质量为10.2g，三价Cr得到1mol电子对应的质量为17.3g，B、C两项即使9g铝粉全部反应，所得金属单质的质量也不到18g，故都错。

Fe3O4中的铁元素得到1mol电子对应的质量为21g，二价Fe得到1mol电子对应的质量为28g，当铝粉有剩余时，D对。

【答案】　AD

14．钛（Ti）因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。

常温下，钛不和非金属、强酸反应；

红热时，却可与常见的非金属单质反应。

钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。

地壳中含钛矿石之一称金红石（TiO2），目前大规模生产钛的方法是：

第一步：

金红石、炭粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体，该反应的化学方程式是

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________，

该反应的还原剂是______________。

第二步：

在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

（1）此反应的化学方程式是________________________________________。

（2）简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤__________________________

_______________________________________________________________。

【解析】　TiO2（金红石）与炭粉及Cl2在高温下反应生成TiCl4及可燃性气体，由元素守恒判断该可燃性气体为CO；

TiCl4与镁在加热条件下可以制得钛，反应的化学方程式为TiCl4＋2Mg

2MgCl2＋Ti。

由于加入的Mg过量故得到的是Mg和Ti的混合物，根据信息，Ti与强酸（如盐酸）不反应，而Mg与盐酸反应，故可用盐酸除去Ti中的Mg。

【答案】　第一步：

TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO　炭粉

（1）TiCl4＋2Mg

Ti＋2MgCl2

（2）加入足量盐酸，除去过量金属镁，过滤，并用蒸馏水洗涤固体得金属钛

15．Ⅰ.右图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：

（1）纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉的混合物上面的物质是________。

（2）引发铝热反应的操作为________。

（3）若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？

________（填“能”或“不能”），理由是______________________________________________________。

Ⅱ.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、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：

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；

铝热反应常用于冶炼金属性比铝________（填“强”或“弱”）的金属。

【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，把活泼性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。

【答案】　Ⅰ.

（1）氯酸钾（或KClO3）

（2）在混合物中间插一根镁条，并用小木条点燃镁条

（3）不能　镁比铝活泼，铝不能置换镁

Ⅱ.

（1）①8Al＋3Fe3O4

4Al2O3＋9Fe

②10Al＋3V2O5

5Al2O3＋6V

③4Al＋3MnO2

2Al2O3＋3Mn

（2）置换反应　还原　还原　弱