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

1、第 1 課時(shí) 從自然界中獲取鐵和銅 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1. 熟知鐵、 銅的冶煉原理和方法， 會寫有關(guān)的化學(xué)方程式。 2. 初步了解金屬冶煉的一般方法和原理。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 CuCO3 Cu(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，

2、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。1. 鐵、銅元素在自然界中的存在形式既有游離態(tài)也有化合態(tài)。2鐵在地殼中的含量僅次于氧、硅、鋁，居第四位。1銅在自然界存在于多種礦石中。 下列礦石的主要成分中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是 ( )A黃銅礦 CuFeS2B斑銅礦 Cu5FeS4C輝銅礦 Cu2SD孔雀石 CuCO3 Cu(OH)2答案 C2 8解析 設(shè)均含有 2 個(gè) Cu原子，比較“ Fe 2S4”“Fe S ”“S”“H 2C O5”的式量可知， Cu2S 中5 5銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高， CuFeS2 中的 Cu 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。二、鐵、銅的冶煉1鐵的冶煉(1) 原料：鐵礦

3、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焦炭反應(yīng)產(chǎn)生 C O2 并放出大量的熱量； C O2 再與灼熱的焦炭反應(yīng)，生成 C O；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%)。2銅的制備與精煉工業(yè)上主要采用高

4、溫冶煉黃銅礦 ( 主要成分是 CuFeS2) 的方法獲得銅。 用這種方法冶煉得到的銅，含銅量為 99.5%99.7%，還含有 Ag、Au、Zn、Fe 等雜質(zhì)。要達(dá)到電氣工業(yè)生產(chǎn)用銅的要求，這種由黃銅礦高溫冶煉得到的銅還必須經(jīng)過電解精煉，其得到的銅，含銅量高達(dá)99.95%99.98%。1. 煉鐵的主要化學(xué)反應(yīng)點(diǎn)燃 高溫(1) 還原劑的形成： CO2=CO2，CC O2=2CO。高溫(2) 鐵的還原： Fe2O33CO=2=Fe3CO2。高溫 高溫(3) 爐渣的形成： CaCO3=CaOC O2， CaOSiO2=CaSiO3。2金屬冶煉的一般方法(1) 電解法：適合冶煉金屬活動性較強(qiáng)的金屬 (

5、一般為金屬活動性順序表中鋁及鋁前面的金屬) 。通電例如： MgCl2( 熔融)=MgCl 2，通電2NaCl( 熔融)=2NaCl 2，通電2Al 2O3( 熔融)=4Al 3O2。(2) 高溫還原法：用還原劑 (CO、C、H2、Al 等) 還原金屬氧化物，適合冶煉金屬活動性順序表中 Zn 到 Cu之間的大多數(shù)金屬。高溫例如： 2Al Cr2O3=2CrAl 2O3。(3) 熱分解法：適合于冶煉金屬活動性較差的金屬。例如： 2Ag2O=4=AgO2，2HgO=2=HgO2。提醒 (1) 在工業(yè)上還有一種冶煉方法叫做濕法冶金，即利用活潑金屬把不活潑金屬從它的鹽溶液中置換出來。例如： CuSO4F

6、e=CuFeSO4。2(2) 金屬的冶煉方法與金屬活動性的關(guān)系2高爐煉鐵生產(chǎn)中下列說法正確的是 ( )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為了除去過量碳D用于冶煉生鐵的礦石主要有磁鐵礦、赤鐵礦答案 D點(diǎn)燃 高溫解析 A 項(xiàng)中，焦炭發(fā)生的反應(yīng)： CO2=CO2、C O2C=2=CO，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%4.5%的生鐵，不會得到純鐵，B 項(xiàng)錯(cuò)誤；加入石灰石的目的是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，故 C項(xiàng)錯(cuò)誤。易錯(cuò)提醒高爐煉鐵時(shí)，雖然加入的

7、是焦炭，實(shí)際上的還原劑是 C O。3火法煉銅首先要焙燒黃銅礦，其反應(yīng)為 2CuFeS2O2=Cu2S2FeSSO2，下列說法正確的是( )ASO2 是氧化產(chǎn)物BCuFeS2 僅作還原劑，硫元素被氧化C每生成 1 mol Cu 2S，有 4 mol 硫被氧化D每轉(zhuǎn)移 1.2 mol 電子，有 0.2 mol 硫被氧化答案 D解析 由反應(yīng)方程式知， CuFeS2 中 Cu 化合價(jià)降低被還原為 Cu2 S，CuFeS2 中14的 S 化合價(jià)升高，被氧化為 SO2；O2 在反應(yīng)后化合價(jià)降低，被還原為 SO2，因此可知 SO2 既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物， A 項(xiàng)錯(cuò)誤； CuFeS2 既是氧化劑又是還原劑

8、， B項(xiàng)錯(cuò)誤；每生成 1 mol Cu2S，有 1 mol S被氧化， C項(xiàng)錯(cuò)誤；利用反應(yīng)知轉(zhuǎn)移 6 mol e，有 1 mol S 被氧化， D項(xiàng)正確。1下列物質(zhì)中含銅元素的是 ( )3A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 CuCO3 Cu(OH)2。2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性決定BCu的濕法冶煉是將金屬鈉投入到 CuSO4 溶液中，從而置換出銅CFe 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由于 Al 的活動性強(qiáng)，故工業(yè)上采用電解熔融氯化鋁的方法生產(chǎn)鋁答案 A解析 A

9、 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)上用電解熔融氧化鋁的方法生產(chǎn)鋁。3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、Al 2O3( 和冰晶石 ) 來制取 Na、Mg、Al ，A、B、C三項(xiàng)均錯(cuò)。4冶煉金屬一般有下列四種方法

10、： 焦炭法； 水煤氣法 ( 或 H2 或 CO)；活潑金屬置換法；電解法。 四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。 古代有( ) 火燒孔雀石煉銅， ( ) 濕法煉銅，現(xiàn)代有( ) 鋁熱法煉鉻， ( ) 從光鹵石中煉鎂，對它們的冶煉方法的分析不正確的是 ( )A( ) 用 B( ) 用C( ) 用 D( ) 用答案 B解析 由于金屬的化學(xué)活動性不同， 金屬離子得到電子還原成金屬原子的能力也就不同， 因此必須采用不同的冶煉方法。 ( )( )( )( ) 發(fā)生的反應(yīng)分別是高溫( )Cu 2(OH)2CO3=2CuOC O2 H2OC2CuO=2=CuC O2，適用于。( )Fe CuSO4=FeSO4C u，

11、適用于。高溫( )2Al Cr2O3=Al 2O32Cr，適用于。4通電( ) 先從光鹵石中提取 MgCl2，再電解熔融 MgCl2，MgCl2=MgCl 2，適用于。 基礎(chǔ)過關(guān) 題組一 金屬的冶煉原理及方法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。如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金屬的活動性強(qiáng)弱答案 D解析 由于人類掌握科學(xué)知識的局限性，越活潑的金屬越難以冶煉，故發(fā)現(xiàn)年代越晚。2工業(yè)上由含釩、鉻和錳的礦物冶煉難熔的金屬釩、鉻和錳，通常采用的方法是 ( )A碳還原法

12、B鋁熱法還原C直接加熱法D鹽的水溶液與活潑金屬置換法答案 B解析 釩、鉻、錳等難熔的金屬通常采用鋁熱反應(yīng)進(jìn)行冶煉。3生物煉銅是利用某些具有特殊本領(lǐng)的微生物幫助我們從礦石中提取銅，這些“吃巖石的細(xì)菌”能利用空氣中的氧氣將不溶性的 CuS轉(zhuǎn)化為可溶性的銅的化合物， 這種可溶性的銅化合物是 ( )A碳酸銅 B硝酸銅C硫酸銅 D氫氧化銅答案 C解析 此題考查了正在迅速發(fā)展的生物煉銅技術(shù)。 生物煉銅是一項(xiàng)成本低、 污染小、 反應(yīng)簡單、前景廣闊的新興煉銅技術(shù)， 其利用“吃巖石的細(xì)菌”將不溶性的硫化銅轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸銅，而使銅的冶煉變得簡單。4 我 國古 代曾 用 火燒 孔 雀石 和 焦炭 混 合 物 的方

13、 法 煉 銅 。 孔 雀 石 的 主 要 成 分是CuCO3 Cu(OH)2，這種冶煉銅的方法是 ( )A焦炭還原法 B濕法煉銅5C鋁熱還原法 D電解冶煉法答案 A解析 CuCO3 Cu(OH)2=2CuOC O2H2O，生成的 CuO被焦炭還原生成 Cu。題組二 鐵、銅的冶煉5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 D6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：H2SO4 CuO H2S O4 FeFeH2Cu CuOCuSO4Cu若按實(shí)

14、驗(yàn)原理進(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。7氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉。下列說法不正確的是 ( )A電解熔融氯化鈉制取金屬鈉的反應(yīng)中，鈉離子被還原，氯離子被氧化B濕法煉銅和火法煉銅的反應(yīng)中，銅元素都發(fā)生還原反應(yīng)C用磁鐵礦煉鐵的反應(yīng)

15、中， 1 mol Fe 3 O4 被 CO還原成 Fe，轉(zhuǎn)移 9 mol 電子D鋁熱法還原鐵的反應(yīng)中，放出的熱量能使鐵熔化答案 C高溫解析 用磁鐵礦煉鐵的化學(xué)方程式為 Fe3O44CO=3=Fe4CO2，當(dāng) 1 mol Fe 3O4 被還原時(shí)，轉(zhuǎn)移 8 mol 電子。8硅在自然界只以化合態(tài)形式存在，如鐵礦石中的硅主要以脈石 (SiO 2) 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 ( )高溫ACaCO3=CaOC O2高溫B2FeOSi=2FeSiO26高溫CSiO23C=S=iC2CO高溫DCaOSiO2=CaSiO3答案 B解析 高溫下石灰石首先

16、分解產(chǎn)生 CaO和 C O2，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 C O2 可與碳反應(yīng)提供一部分還原劑 C O。因無單質(zhì)硅，所以沒有 B 項(xiàng)所給的反應(yīng)發(fā)生。題組三 金屬冶煉的有關(guān)計(jì)算9在高溫下用一氧化碳還原 mg 四氧化三鐵得到 n g 鐵。已知氧的相對原子質(zhì)量為 16，則鐵的相對原子質(zhì)量為 ( )21nA.mnB.64n3m3nmnC.32n D.24nmn答案 B解析 設(shè)鐵的相對原子質(zhì)量為 x，則高溫Fe3 O4 4CO=3=Fe4CO23x64 3 xm n3x643xm 64n，x。n 3m3n10用足量的 CO還原 32.0 g

17、 某種氧化物，將生成的氣體通入足量澄清石灰水中，得到 60 g沉淀，則該氧化物是 ( )AFeO BFe2O3 C CuO DC u2O答案 B解析 n(CaCO3) 60 g100 g mol10.6 mol ，由于 1 mol CO 與氧化物反應(yīng)后變成 1 mol CO 2，奪取了氧化物中的 1 mol O ，故可知 32.0 g 氧化物中含氧原子 0.6 mol ，氧元素的質(zhì)量為9.6 g ，則氧化物中金屬元素的質(zhì)量為 22.4 g ，兩元素質(zhì)量比為22.4 g9.6 g73，故 B 正確。 能力提升 11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 (C

18、u2O)、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 _( 填化學(xué)式 ) 。(2) 有關(guān)冶煉的化學(xué)方程式是 _7_ 。高溫答案 (1)Cu 、Zn (2)ZnCO3=ZnOC O2、高溫 高溫2ZnOC=2=ZnC O2、 2Cu2OC=4CuC O2解析 高溫下， ZnCO3分解生成 ZnO和 C O2，木炭將 Cu2O、ZnO分別還原為Cu、Zn。12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 Cu 2(OH)2C O3 ，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_ _ ；_。

19、_(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 C u2S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 C u2S，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)2C O32 H2SO4=2CuSO43H2OC O2 CuSO4Fe=CuFeSO4(2) 先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳，防止新生成的銅

20、被再次氧化 (3)Cu 2O解析 (1)Cu 2(OH)2C O3 與稀硫酸反應(yīng)生成 CuSO4、C O2 和 H2O，化學(xué)方程式為Cu2(OH) 2C O32H2 SO4=2CuSO43 H2OC O2；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C uxOy。由題意和 Cu 原子守恒可知， Cu2S2x1Cux Oy， Cu2 S22 高溫C uxOy=3Cux12SO2，由 O原子守恒，2y x

21、1，則x y2 1，即該銅的氧化物為Cu2O。13堿式碳酸銅可表示為xCuCO3 yCu(OH)2 zH2O，測定堿式碳酸銅組成的方法有多種。(1)現(xiàn)采用氫氣還原法，請回答下列問題：8寫出 xCuCO3 yCu(OH)2 zH2O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，按氫氣氣流方向的連接順序是 ( 填入儀器接口字母編號) ：(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)

22、 式 為_ 。(2) 某同學(xué)以氮?dú)獯鏆錃?，并用上述全部或部分儀器來測定堿式碳酸銅的組成，你認(rèn)為是否 可 行 ？請說 明 理 由 ：_ 。答案 (1) xCuCO3 yCu(OH)2 zH2O ( xy)H2=( xy)CuxC O2( x 2yz)H2Oj k g f( 或 h i)d e( 或 e d)h i( 或 g f)b c( 或 c b)1.8 CuCO3 Cu(OH)2 H 2O(2) 可以。根據(jù)反應(yīng)xCuCO3 yCu(OH)2 zH2O=(=xy)CuOxC O2 ( yz)H2O，依據(jù)堿式碳酸銅樣品、 CuO、C O2 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 xCuCO3 yCu(OH)2 zH2O 與氫氣反應(yīng)的化學(xué)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， 會對實(shí)驗(yàn)有干擾， 故應(yīng)先用水吸收氯化氫， 再用濃硫酸吸收水蒸氣， 再通入堿式碳酸銅發(fā)生反應(yīng)， 而產(chǎn)生的兩種氣體應(yīng)先用濃硫酸吸收水蒸氣，再用 U形管中的堿石灰吸收產(chǎn)生的二氧化碳， 同時(shí)要連上裝有堿石灰的球形干燥管， 避免空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入 U形管而產(chǎn)生誤差； 根據(jù)所給數(shù)據(jù)可計(jì)算出生成的 Cu、C O2、H2O的物質(zhì)的量分別是 0.2 mol