浙江專版2018版高中化學(xué)專題3從礦物到基礎(chǔ)材料第二單元鐵銅的獲取及應(yīng)用第1課時(shí)從自然界中獲取鐵和銅學(xué)案蘇教版必修120180427125.doc

第1課時(shí)從自然界中獲取鐵和銅知識(shí)內(nèi)容必考要求加試要求1.自然界鐵、銅的存在形式。2工業(yè)煉鐵的反應(yīng)原理。abab目標(biāo)定位熟知鐵的冶煉原理和方法，會(huì)寫有關(guān)的化學(xué)方程式。一鐵、銅的存在形式1鐵和銅在自然界中主要以化合態(tài)的形式存在。(1)常見的鐵礦有磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)、赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、黃鐵礦(主要成分為FeS2)、菱鐵礦(主要成分為FeCO3)等。(2)常見的銅礦有孔雀石主要成分為CuCO3Cu(OH)2、黃銅礦(主要成分為CuFeS2)等。2人們最早利用的單質(zhì)鐵和單質(zhì)銅均直接來自于自然界。所不同的是鐵單質(zhì)只存在于從天而降的隕鐵中，所以古代人稱鐵為“天石”，而銅則來自于地球上自然存在的少量單質(zhì)銅。歸納總結(jié)地殼中存在少量單質(zhì)銅，但沒有單質(zhì)鐵，只有隕鐵中含有單質(zhì)鐵。1下列物質(zhì)中，含銅元素的是()A天石 B孔雀石C赤鐵礦 D石灰石答案B解析孔雀石的主要成分為CuCO3Cu(OH)2。二鐵的冶煉鐵的冶煉(1)原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等。(2)設(shè)備：煉鐵高爐。(3)反應(yīng)原理：用還原劑將鐵從其化合物中還原出來。(4)工藝流程：從高爐下方鼓入空氣與C反應(yīng)產(chǎn)生CO2并放出大量的熱量；CO2再與灼熱的C反應(yīng)，生成CO；CO在高溫下將氧化鐵還原為金屬鐵。(5)鐵礦石中含有二氧化硅需除去：石灰石在高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與鐵礦石中的二氧化硅等反應(yīng)生成爐渣，爐渣的密度比鐵水小，故浮在鐵水上面，從而分離得到鐵水。(6)用這種方法煉出來的鐵是含碳2%4.5%的生鐵。將生鐵進(jìn)一步煉制，就可以得用途更廣泛的鋼(含碳0.03%2%)。歸納總結(jié)煉鐵的主要化學(xué)反應(yīng)(1)還原劑的形成：CO2CO2，CCO22CO。(2)鐵的還原：Fe2O33CO2Fe3CO2。(3)爐渣的形成：CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3。提醒煉鐵時(shí)投進(jìn)的焦炭轉(zhuǎn)化為CO，CO才是煉鐵時(shí)的還原劑。爐渣的主要成分是CaSiO3。2高爐煉鐵過程中既被氧化又被還原的元素是()A鐵 B氮C氧 D碳答案D解析本題考查煉鐵原理?；痉磻?yīng)包括：CO2CO2，CO2C2CO,3COFe2O32Fe3CO2。觀察上述反應(yīng)，可知碳元素的化合價(jià)既有升高又有降低，氧元素化合價(jià)降低，鐵元素化合價(jià)降低。3下列說法正確的是()A高爐煉鐵用于還原氧化鐵的還原劑是焦炭B煉鐵時(shí)，加入石灰石的作用是促進(jìn)氧化鐵的還原C我國(guó)最早應(yīng)用的金屬是銅D用于電氣工業(yè)的銅是由黃銅礦冶煉得到的答案C解析高爐煉鐵用到的還原劑是CO，加入的石灰石的作用是除去礦石中的SiO2；電氣工業(yè)用的銅是精銅，而由黃銅礦冶煉得到的銅是粗銅。1用赤鐵礦為原料冶煉鐵，應(yīng)采取的冶煉方法是()A電解法 B熱氧化法C熱還原法 D熱分解法答案C解析鐵性質(zhì)較活潑，通常用熱還原法冶煉，C正確。2下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中，正確的是()A制鈉：用海水為原料制得精鹽，再電解純凈的NaCl溶液B制鋁：從鋁土礦中獲得氧化鋁再得到氯化鋁固體，電解熔融的氯化鋁得到鋁C制鎂：用海水為原料，經(jīng)一系列過程制得氧化鎂固體，H2還原得鎂D制鐵：以鐵礦石為原料，CO還原得鐵答案D解析分別電解熔融的NaCl、MgCl2、Al2O3(和冰晶石)來制取Na、Mg、Al，A、B、C三項(xiàng)均錯(cuò)。3古代的“藥金”外觀與金相似，常被誤認(rèn)為是金子。其冶煉方法如下：將碳酸鋅、赤銅(Cu2O)、木炭按一定比例混合加熱到800 ，即得金光閃閃的“藥金”。(1)“藥金”的主要成分是_。(2)有關(guān)冶煉的化學(xué)方程式是_。答案(1)Cu、Zn(2)ZnCO3ZnOCO2、2ZnOC2ZnCO2、2Cu2OC4CuCO2解析高溫下，ZnCO3分解生成ZnO和CO2，木炭將Cu2O、ZnO分別還原為Cu、Zn。4某實(shí)驗(yàn)小組用銅綠CuCO3Cu(OH)2、鐵粉和稀硫酸制取銅，實(shí)驗(yàn)過程如下：加熱銅綠得到一種黑色固體，將鐵粉與稀硫酸反應(yīng)制得的氣體通入黑色固體中并加熱，充分反應(yīng)后得到銅。(1)上述實(shí)驗(yàn)過程中所發(fā)生的化學(xué)方程式為_；_；_。(2)某同學(xué)將上述實(shí)驗(yàn)過程改為將銅綠溶于適量稀硫酸中，然后加入適量鐵粉，充分反應(yīng)后，過濾，也可以得到銅。則所發(fā)生的化學(xué)方程式為_；_。答案(1)CuCO3Cu(OH)22CuOCO2H2OFeH2SO4(稀)=FeSO4H2CuOH2CuH2O(2)CuCO3Cu(OH)22H2SO4=2CuSO4CO23H2OCuSO4Fe=CuFeSO4解析(1)銅綠受熱分解生成CO2、H2O和黑色的CuO，F(xiàn)e與稀硫酸反應(yīng)生成FeSO4和H2，H2和CuO共熱生成Cu和H2O。(2)銅綠與稀硫酸反應(yīng)生成CuSO4、CO2和H2O，F(xiàn)e與CuSO4溶液反應(yīng)生成Cu和FeSO4。課時(shí)作業(yè)經(jīng)典基礎(chǔ)題1下列有關(guān)金屬冶煉的說法中，不正確的是()A用電解熔融氯化鎂的方法冶煉金屬鎂B在加熱情況下利用氫氣還原氧化鋁得到金屬鋁C用鋁熱法煉得熔點(diǎn)較高的金屬鉻D直接加熱氧化汞得到金屬汞答案B2下列情況下，能通過置換反應(yīng)得到鐵的是()A銅與氯化亞鐵溶液常溫下混合B一氧化碳通過灼熱的三氧化二鐵C氫氣通入硫酸亞鐵溶液D鋁和四氧化三鐵混合加熱到高溫答案D3用一定量的鐵與足量的稀硫酸及足量的CuO反應(yīng)制單質(zhì)銅，有人設(shè)計(jì)了以下兩種方案：FeH2CuCuOCuSO4Cu若按實(shí)驗(yàn)原則進(jìn)行操作，則兩者制得單質(zhì)銅的量()A一樣多 B多C多 D無法判斷答案C解析方案中，用H2還原CuO時(shí)，加熱前要先通H2，以排除裝置中的空氣，以防加熱時(shí)爆炸，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需繼續(xù)通一會(huì)兒H2，直到冷卻為止，以防止Cu重新被空氣中的O2氧化，因此，要制得1 mol Cu需要的H2多于1 mol，即需要的Fe多于1 mol。故等量的Fe按方案制得Cu的量多。4純鐵的熔點(diǎn)為1 535 ，而高爐中煉鐵時(shí)生鐵(含碳量較高的鐵合金)在1 200 左右就熔化了，這是因?yàn)?)A鐵的純度越高熔點(diǎn)越低B合金的熔點(diǎn)比其成分物質(zhì)的熔點(diǎn)高C生鐵形成了鐵碳合金，所以熔點(diǎn)變低D在高爐中熔化的過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)答案C解析合金的熔點(diǎn)一般低于其成分物質(zhì)的熔點(diǎn)。生鐵的熔點(diǎn)低是因?yàn)镕e和C形成了合金。5硅在自然界中只以化合態(tài)形式存在，如鐵礦石中的硅主要以脈石(SiO2)的形式存在。煉鐵時(shí)為了除去脈石，向煉鐵高爐中加入石灰石。該過程不可能涉及的化學(xué)反應(yīng)是()ACaCO3CaOCO2B2FeOSi2FeSiO2CSiO23CSiC2CODCaOSiO2CaSiO3答案B解析高溫下石灰石首先分解產(chǎn)生CaO和CO2，生成的生石灰(堿性氧化物)可與SiO2(酸性氧化物)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高爐造渣；生成的CO2可與碳反應(yīng)提供一部分還原劑CO。因無單質(zhì)硅，所以沒有B項(xiàng)所給的反應(yīng)發(fā)生。6已知：Cu2O2H=Cu2CuH2O,3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，為檢驗(yàn)?zāi)辰饘巽~粉末樣品中是否含有Cu2O，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下方案，其中不合理的是()A將足量CO通過灼熱樣品，冷卻后稱量，若固體質(zhì)量減小，則含有Cu2OB將干燥的H2通過灼熱樣品，再通過無水硫酸銅，若無水硫酸銅變藍(lán)，則含有Cu2OC取少量樣品，加入稀硝酸，充分振蕩后若觀察到溶液呈藍(lán)色，則含有Cu2OD取少量樣品，加入稀硫酸，充分振蕩后若觀察到溶液呈藍(lán)色，則含有Cu2O答案C解析將足量CO通過灼熱樣品，冷卻后稱量，若固體質(zhì)量減小，說明含有氧化物，則含有Cu2O，A正確；如含有Cu2O，在加熱條件下通入氫氣，則生成水，通過無水硫酸銅，若無水硫酸銅變藍(lán)，B正確；銅和Cu2O都可與稀硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅離子，不能確定是否含有Cu2O，C錯(cuò)誤；將固體加入到稀硫酸中，如溶液變藍(lán)色，則含有Cu2O，D正確。7用足量的CO還原32.0 g某種氧化物，將生成的氣體通入足量澄清石灰水中，得到60.0 g沉淀，則該氧化物是()AFeO BFe2O3 CCuO DCu2O答案B解析n(CO2)n(CaCO3)0.6 mol，則該氧化物中n(O)0.6 mol，m(O)0.6 mol16 gmol19.6 g。金屬的質(zhì)量為32 g9.6 g22.4 g，假設(shè)為Fe元素，n(Fe)n(O)0.6 mol23；假設(shè)為Cu元素，n(Cu)n(O)0.6 mol712。故B項(xiàng)正確。能力提升題8銅器長(zhǎng)期暴露在潮濕空氣中，它的表層往往含有“銅綠”(堿式碳酸銅)，它受熱易分解。為了從銅綠中制得銅，并測(cè)定銅綠在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，把銅綠樣品放在試管中，與通入的純凈氫氣在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。請(qǐng)回答下列有關(guān)問題：(1)A處應(yīng)選用下列裝置中的_(填寫序號(hào))(鐵架臺(tái)已省去)。選用的理由是_。(2)反應(yīng)開始前，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置必須進(jìn)行的操作是_；反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，最好先_，反應(yīng)完畢后，若不改變?cè)b置的連接，應(yīng)先_，再_，這樣做的理由是_，待試管冷卻后再_，實(shí)驗(yàn)過程中觀察到試管底部的現(xiàn)象是_。(3)實(shí)驗(yàn)完成后，要測(cè)定銅綠在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是_。答案(1)丙因反應(yīng)有水生成，試管口應(yīng)略向下傾斜，低于試管底部，防止冷凝水倒流到試管底部而使試管炸裂；通入氫氣的導(dǎo)管應(yīng)通入試管底部，有利于排盡裝置內(nèi)空氣(2)稱量樣品質(zhì)量，檢查裝置氣密性，稱量裝置D(含氫氧化鈉溶液)質(zhì)量通入氫氣后加熱撤去導(dǎo)氣管熄滅酒精燈防止硫酸倒流停止通氫氣固體由綠色變成黑色，最后變成光亮的紅色(3)實(shí)驗(yàn)后裝置D的質(zhì)量解析實(shí)驗(yàn)原理Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O，CuOH2CuH2O。(1)A處給固體加熱，又要用氫氣還原氧化銅，將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合二為一，選擇丙；理由為一是加熱固體有水生成，試管口必須向下傾斜；二是氫氣還原氧化銅，氫氣要通入試管底部，便于排盡裝置內(nèi)空氣。(2)反應(yīng)前除稱量樣品質(zhì)量外，還要檢查裝置氣密性，稱量D(含氫氧化鈉溶液)質(zhì)量。反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，要先通氣，后加熱。反應(yīng)完畢后，要先將B中的導(dǎo)氣管升高至離開液面，再熄滅酒精燈，以防止液體倒流。繼續(xù)通入氫氣至試管冷卻，防止赤熱銅被氧化生成氧化銅。試管過程中可以觀察到：試管內(nèi)固體由綠色變成黑色，最后變成亮紅色。(3)要測(cè)定樣品中銅綠質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需測(cè)定D裝置實(shí)驗(yàn)后的質(zhì)量，D裝置溶液凈增質(zhì)量等于吸收的二氧化碳質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳質(zhì)量求銅綠質(zhì)量。注意：A 銅綠中含有銅，不能根據(jù)反應(yīng)后銅的質(zhì)量計(jì)算銅綠質(zhì)量；B、加熱銅綠和氫氣還原氧化銅都產(chǎn)生水，故不能根據(jù)B、C增重質(zhì)量，即反應(yīng)生成水的質(zhì)量來計(jì)算銅綠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。9工業(yè)上可采用多種方法煉銅。(1)在地下利用爆破粉碎孔雀石Cu2(OH)2CO3，再注入稀硫酸原地浸取，將浸取液抽到地表，加入鐵屑制得銅。則該方法中冶煉銅的有關(guān)化學(xué)方程式為_；_。(2)利用一氧化碳還原赤銅礦(Cu2O)冶煉銅。實(shí)驗(yàn)室可用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)硬質(zhì)玻璃管中的反應(yīng)結(jié)束時(shí)，應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是_。(3)利用輝銅礦(Cu2S)冶煉銅的原理如下：.取一定質(zhì)量的Cu2S在空氣中高溫焙燒，完全反應(yīng)后生成一種銅的氧化物和二氧化硫；.再取上述一半質(zhì)量的Cu2S，與中生成的銅的氧化物混合均勻，隔絕空氣高溫煅燒，恰好完全反應(yīng)，生成銅和二氧化硫。結(jié)合質(zhì)量守恒定律，推斷這種銅的氧化物的化學(xué)式。答案(1)Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO43H2OCO2CuSO4Fe=CuFeSO4(2)先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳，防止新生成的銅被再次氧化(3)Cu2O解析(1)Cu2(OH)2CO3與稀硫酸反應(yīng)生成CuSO4、CO2和H2O，化學(xué)方程式為Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO43H2OCO2；加入鐵屑后，鐵和硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵，化學(xué)方程式為CuSO4Fe=CuFeSO4。(2)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳，直至試管冷卻，防止新生成的銅被再次氧化。(3)設(shè)n(Cu2S)1 mol，反應(yīng)生成的銅的氧化物為CuxOy。由題意和Cu原子守恒可知，Cu2SCuxOy，Cu2SCuxOy3CuSO2，由O原子守恒，1，則xy21，即該銅的氧化物為Cu2O。10堿式碳酸銅可表示為xCuCO3yCu(OH)2zH2O，測(cè)定堿式碳酸銅組成的方法有多種。(1)現(xiàn)采用氫氣還原法，請(qǐng)回答如下問題：寫出xCuCO3yCu(OH)2zH2O與氫氣反應(yīng)的化學(xué)方程式：_；實(shí)驗(yàn)裝置用下列所有儀器連接而成，按氫氣流方向的連接順序是(填入儀器接口字母編號(hào))：(a)()()()()()()()()()()(l)稱取24.0 g某堿式碳酸銅樣品，充分反應(yīng)后得到12.8 g殘留物，生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水。該樣品的結(jié)晶水質(zhì)量為_ g，化學(xué)式為_。(2)某同學(xué)以氮?dú)獯鏆錃?，并且上述全部或部分儀器來測(cè)定堿式碳酸銅的組成，你認(rèn)為是否可行？請(qǐng)說明理由：_。答案(1)xCuCO3yCu(OH)2zH2O(xy)H2(xy)CuxCO2(x2yz)H2Oajkgf(或hi)de(或ed)hi(或gf)bc(或cb)l1.8CuCO3Cu(OH)2H2O(2)可以。根據(jù)反應(yīng)xCuCO3yCu(OH)2zH2O(xy)CuOxCO2(yz)H2O，依據(jù)堿式碳酸銅樣品、CuO、CO2和H2O質(zhì)量(或其中任意三個(gè)量)，即可計(jì)算出其組成解析(1)應(yīng)用原子守恒正確地寫出xCuCO3yCu(OH)2zH2O與氫氣的反應(yīng)方程式；根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)裝置可知，該實(shí)驗(yàn)要測(cè)定生成的水、二氧化碳的量，而從a出來的氫氣中含有水蒸氣和揮發(fā)出的氯化氫氣體，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)有干擾，故應(yīng)先用水吸收氯