金屬的冶煉人教版

金屬的冶煉

【基礎(chǔ)知識精講】

1.金屬的冶煉原理是將金屬的化合物通過還原的方法使金屬離子還原成金屬單質(zhì).

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不同，所以采用不同的冶煉

方法.

2.知識網(wǎng)絡(luò)

「原理乂一如已一被還原-》］!!

金屬的冶周「熱分解法：適合Hg與Ag的冶煉

〔冶煉方法J還原法：適合金屬活動性順序，表中部金屬的冶煉

I電解法：適合還原性強的金屬的冶煉

3.方法導(dǎo)引

（1）熟練掌握金屬活動性順序表，注重該表在學(xué)習(xí)中的指導(dǎo)作用.如判斷金屬元素在自然界的存在形式，

金屬的還原性以及根據(jù)金屬的還原性所采取的冶煉方法.

（2）鍛煉自學(xué)能力，在教師的指導(dǎo)下自學(xué)教材內(nèi)容，歸納金屬冶煉的方法并應(yīng)用到其它金屬的冶煉.

【重點難點解析】

重點：工業(yè)上冶煉金屬的?般方法：熱分解法、熱還原法、電解法.

難點：不同金屬冶煉方法不同.如何選擇合適的冶煉方法.

金屬冶煉的本質(zhì)是金屬的離子從化合物中被還原成金屬單質(zhì)的過程.從金屬活動順序表可知，越活潑的

金屬，其陽離子的氧化性越弱；反之，越不活潑的金屬，其陽離子的氧化性越強，因此不同的金屬冶煉方法

也不同.金屬的位置越靠后，越容易被還原，用一般的還原方法就能使金屬還原；金屬的位置越靠前，越難

被還原，最活潑的金屬只能用最強的還原手段（電解）來還原.

【難題巧解點撥】

例1：某冶煉鋁廠以碳棒為電極，電解熔融的三氧化二鋁，當(dāng)生成27kg鋁時，陽極消耗12kg碳，則在

陽極生成的CO?和CO二種氣體的分子個數(shù)比為.

分析電解法煉鋁的反應(yīng)式為：

2ALO3=4A1+30,t

（陰極）（陽極）

在高溫下，陽極產(chǎn)生的02,易把石墨電極氧化為CO?和C0.

由題意：陰極產(chǎn)生的鋁：27x10g=1XlOmol

21g/mol

陽極消耗的碳：12X10g=1X10^01

12g/mol

而由方程式可算出陽極產(chǎn)生的a為：

3

1X1O3X-=0.75X10mol.

4

陽極消耗的碳與產(chǎn)生的即反應(yīng)生成C0和C02.設(shè)生成的C02為xmol,CO為ymol.則

I

^x-^103mol

_2x+y=0.75X103X2mol

[x=0.5x\03mol

解得i,故生成CO?和CO的分子個數(shù)比為1：1

[y=0.5x103/no/

例2：為何工業(yè)上制鎂時用電解MgCk,而制鋁時通常是電解ALO#

分析作為工業(yè)生產(chǎn)，-要考慮原料來源、價格，二要考慮生產(chǎn)過程的能源消耗.MgCk的溶點只有714℃,

而MgO為2800℃,從能量消耗上來看顯然用MgCk優(yōu)于MgO.MgCL原料可從天然光鹵石KC1?MgCL-6H2和

海水中獲得，所以工業(yè)上常采用在750℃左右電解無水MgCk來制鎂.而制鋁的原料多來自鋁土礦(主要成分為

Al20：!),ALO,的熔點也很高，為2045C,但加入冰晶石(Na3Al也作熔劑,則可使AbG在962c即熔化，而使

鋁得以大量生產(chǎn).如果用電解AlCb法，首先把鋁土礦制成A1CL要耗能及設(shè)備，且加熱A1CL時，A1CL易氣

化，熔融態(tài)A1CL未電離，不導(dǎo)電.

【命題趨勢分析】

?？贾R點：

1.金屬冶煉的基本原理

2.金屬冶煉方法的選擇

3.金屬冶煉的計算

4.金屬冶煉過程的實驗?zāi)M.

【典型熱點考題】

1.冶煉金屬一般有下列四種方法：

①焦炭法；

②水煤氣(或Hz,C0)法；

③活潑金屬置換法；

④電解法.

四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用.古代有：(I)火燒孔雀石煉銅；

(H)濕法煉銅.現(xiàn)代有：(HD鋁熱法煉鋁；(N)從光鹵石中煉鎂.對它們的冶煉方法的分析中不正確的是

()

A.(I)①B.(II)②C.(IH)③D.(W)④

本題參考答案：B

2.閱讀下面材料，并回答問題.

鋁可以從鋁土礦中獲取.鋁土礦是不純凈的鋁的氧化物(雜質(zhì)為Fe?03和SiO。，它是非再生資源.假如我們

對鋁的消費保持現(xiàn)有的速度，我們獲得生產(chǎn)足夠的鋁所需的鋁土礦僅能維持30年左右.由此看來，保護現(xiàn)有

自然資源和對非再生資源的再利用，是值得我們考慮的.但廢物回收仍有相當(dāng)大的難度，其關(guān)鍵的因素主要

涉及舊金屬的收集、與其它廢物的分離，回收和提煉金屬的費用、金屬本身的價值等.(已知Imol電子電量

約為IO,為

(1)試說明回收鋁的過程中存在的困難________________________________________

(2)為什么金的回收率比鋁的回收率要大得多?答：

(3)常溫下，SiOz與強堿或強酸是很難反應(yīng)的.現(xiàn)利用鹽酸、氫氧化鈉溶液、氨氣、二氧化碳和水從鋁土

礦中提取純凈的Al203.試設(shè)計一個適用于工業(yè)生產(chǎn)上提純AL03的實驗方案.用化學(xué)方程式表示.

(4)假定用6V直流電源供電進行電解，制2.7噸A1需要多少KJ的電能？

(5)在1.01Xl()5pa,27℃時，每生產(chǎn)ImolAl,理論上在陽極生成氧氣的體積為多少升？

本題參考答案：(1)①舊金屬的收集；②與其它廢物的分離；③回收和提煉金屬的費用；④金屬本身的

價值；⑤人們的環(huán)境意識薄弱.(能答以上任意兩點即可，其它合理答案均可)

(2)①金屬本身的價值②金屬的活潑性

2

(3)@Al203+2Na0H^=2NaA102+H20

(2)NaA102+C02+2H20^=Al(OH)3J.+NaHC03

@2A1(0H)3=^=AL03+3H20

(4)1.8X10sKJ(5)18.5L

【同步達(dá)綱練習(xí)】

1.電解熔融氧化鋁時，如果陰極析出9g鋁，那么理論上有幾摩爾電子發(fā)生了轉(zhuǎn)移？()

A.3molB.ImolC.0.ImolD.2mol

2.要冶煉金屬Mg,可采用的方法是()

A.電解MgCk溶液B.電解熔融MgCh

C.加熱MgOD.用碳還原MgO

3.從海水中提取金屬鎂的主要流程是()

A.海水型”.)Mg(OH)2Mg

B.海水9->MgCh電解Mg

C.海水S3>Mg(OH):也>MgCl?電解Mg

D.海水史必.>Mg(OH)MgO曳鯉Mg

4.下列說法中，正確的是()

A.自然界的金屬都以化合態(tài)的形式存在

B.在冶煉鐵的反應(yīng)中CO是還原劑

C.我國的鴇、鑰、鈦、稀土金屬等儲量均居世界前列

D.在動植物體內(nèi)都不含金屬元素

5.下列各種方法中，適用于煉制相應(yīng)金屬的是()

A.加熱氧化鈣B.電解熔融氯化鈉

C.CaO與A1粉共熱D.用碳還原氧化銅

6.下列各組金屬中最適用C0或把它們從其氧化物中還原出來的是()

A.Ca>Mg、AlB.Fe、Cu>WC.Al>Fe、NaD.Hg>Ag>Zn

7.用也還原某二價金屬的氧化物成單質(zhì).每Iglb可還原36g氧化物，則此金屬可能是下列的()

A.ZnB.PbC.FeD.Cu

8.下列在溶液中進行的反應(yīng)方程式正確的是()

A.2AgCl+Cu：^CuCl2+2AgB.Cu+2FeC1:!^=CuC12+2FeC12

C.K+AgN03^=Ag+KN03D.2Zn+PbCli^=Pb+2ZnCl2

9.冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C或CO或上作還原劑還原；②電解法；③熱分解法；④鋁熱反應(yīng),

這些方法各適宜來冶煉哪些金屬？

①法適宜于;

②法適宜于：

③法適宜于;

④法適宜于.

10.用足量的C0還原14g鐵的氧化物的混和物，將生成的氣體通入足量的澄清的石灰水中，生成沉淀25

克，則這種混和物可能是，在這些混合物中，各成分的物質(zhì)的量之比是.

①FeO、FesOa②FeO、FeaO.t③FezOs、FesOt

3

11.電子工業(yè)中常用FeCL溶液腐蝕線路銅板，其反應(yīng)方程式為：

2FeCh+CuZFeCb+CuCL

請設(shè)計實驗步驟，從腐蝕后的溶液中回收銅和FeCh溶液.

12.用純凈的鋁土礦(A1Q)、冰晶石和二氧化鎬為原料可制取金屬缽，其化學(xué)反應(yīng)方程式為

13.自然界中含量最多的金屬元素是,能以游離態(tài)存在的金屬是.人們?nèi)粘?yīng)

用的金屬材料最多為.

14.工業(yè)上冶煉金屬一般用、或法.冶煉金屬鋁采用的方法是,

冶煉金屬鐵采用的方法是,冶煉金屬鈉采用的方法是.這些方法的實質(zhì)是.

15.寫出下列冶煉金屬的化學(xué)反應(yīng)方程式：

(1)用紅鋅礦(ZnO)治煉鋅.(2)用磁鐵礦(FesO.,)冶煉鐵

(3)用鋁磯土(Al203)冶煉鋁.(4)用食鹽(NaCl)冶煉鈉

【素質(zhì)優(yōu)化訓(xùn)練】

1.用鋁熱法還原下列化合物，制取金屬Imol,消耗鋁最少的是()

A.MnO2B.W03C.I).Cr2O3

2.高溫下冶煉某些金屬時，需要一定性質(zhì)的耐火材料.已知某金屬化合物的熔融狀態(tài)屬于堿性，冶煉該

金屬忖，下列耐火材料可以選用的是()

A.氧化鎂耐火磚B.石英耐火磚C.氧化鋁耐火磚D.石墨耐火磚

3.有一工業(yè)廢水，已知其中含有大量Fez(SO3和FeSO”少量Ag'和Na’,以及部分泥沙.試設(shè)計一個既經(jīng)

濟又合理的方案回收金屬銀和制取綠帆晶體的實驗方案，分步列出實驗步驟.并簡要說明每一步驟的目的.

4.a克CuO和碳粉的混合物，在無氧的條件下加熱一段時間并冷卻，稱得質(zhì)量為b克，若反應(yīng)中碳粉只

能轉(zhuǎn)化為C02,求(1)實驗中有多少克氧化銅被還原？(2)b的最小值為多少？

5.將Imol木炭粉和nmolFeO在反應(yīng)器中混合，隔絕空氣加強熱，(1)可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

①FeO+C^=Fe+COt②2FeO+C^=2Fe+CO2t③C+CO2=2CO④.

(2)若n<」，充分反應(yīng)后，反應(yīng)器中的固體物質(zhì)是_____________,氣體產(chǎn)物是__________________.

4

(3)若n>4,充分反應(yīng)后，反應(yīng)器中的固體物質(zhì)是,氣體產(chǎn)物是.

(4)若反應(yīng)的氣體產(chǎn)物是混合物，則n的取值范圍是若混合氣體中，CO和CO?的物質(zhì)的量相

等，則n的值是.

6.科學(xué)探測表明，月球表面無大氣層，也沒有水，更沒有任何生命存在的痕跡.月壤中富含氫和氫-3,

其中氫-3總量可達(dá)100萬噸?500萬噸.月巖中現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有100多種礦石，其中月海玄武巖含鈦鐵礦FeTiO,

可達(dá)25%(體積)，甚至比我國攀枝花鈕鈦磁鐵礦石更富含鈦，且該鈦鐵可發(fā)生下列反應(yīng)：

FeTiO3+H2=^=Fe+Ti02+H20.

請回答：

(1)你認(rèn)為人類開發(fā)和利用月壤中的3He有何積極意義？

(2)指出該鈦鐵礦中各金屬元素的化合價，并指出月球上的鈦鐵礦對于人類建立月球基地有何重要意義?

【生活實際運用】

1.從海水中提取多種化工原料，下面是工業(yè)上對海水的幾項綜合利用的示意圖：

-機稔理即飽和溶液螞

麟贓、耳和居

海水《石灰水

I出玄岫(也加mfq

金發(fā)、?？s、始晶—?Ate

4

試回答下列問題：

⑴粗鹽中含有Ca'Mg2\SO：等雜質(zhì)離子，精制時所用試劑為：鹽酸、BaCk溶液、NaOH溶液、Na2ah

溶液,加入試劑的順序是.

(2)寫出電解飽和食鹽水的化學(xué)反應(yīng)方程式：.

(3)用海灘上的貝殼制Ca(OH)2的化學(xué)方程式：.

(4)工業(yè)上冶煉鎂時采用電解MgCk而不采用電解MgO,其原因是.

(5)電解無水MgCk可制得金屬鎂和氯氣，利用副產(chǎn)品CL和熟石灰反應(yīng)可制得漂白粉，反應(yīng)的化學(xué)方程

式為.

2.在一定條件下可實現(xiàn)下列所示物質(zhì)之間的變化：

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

(1)孔雀石的主要成分是CuC03-CU(OH)2.受熱易分解，上圖中的F是.

(2)寫出明研與過量的NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式：.

(3)圖中所得G和D都為固體，混合后在高溫下可發(fā)生反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

(4)每生成ImolD的同時，生成molE.

【知識驗證實驗】

1.銅變“銀幣”，“銀幣”變金幣

過程如下：

(1)取銀白色金屬Zn的粉末，投入NaOH溶液，加熱，發(fā)生反應(yīng)(I)：Zn溶于NaOH得到無色透明的溶液

Na2ZnO2,同時放出也.

(2)把銅幣投入熱的NalnOz溶液中，片刻，發(fā)生反應(yīng)(H)：銅幣變成“銀幣”；

(3)把“銀幣”從溶液中取出，用蒸儲水沖洗干凈，并用細(xì)軟的紙擦干，用用埸鉗夾住，在酒精燈火焰

上加熱，發(fā)生反應(yīng)(W)：“銀幣”變成了與金的色澤幾乎完全一樣的“金幣”.

思考：①“銀幣”成分是什么？

②“金幣”成分是什么？

答案：“銀幣”是表面覆蓋一層鋅的銅幣

“金幣”是銅與鋅的合金(黃銅)

2.某課外活動小組擬用下列裝置做煉鐵原理的實驗，同時檢測氧化鐵的純度(假設(shè)礦石不含其他與CO反

應(yīng)的成分)，并除去尾氣CO用H￡。空螫0COzt+COt+nQ來制取.與FezOs反應(yīng)的CO需純凈、干燥.

△

5

（1）若所制的氣體的流向為從左向右時，下列儀器組裝連接的順序是（用a,b……表示）

接,接，接,

接?

（2）裝置乙的作用是；裝置丙的目的是.

（3）實驗結(jié)束后，先熄滅戊處的酒精燈，再熄滅甲處的酒精燈，其主要原因是.

（4）實驗前氧化鐵礦粉末的質(zhì)量為xg,實驗后測的乙和丙的質(zhì)量分別增加了yg和zg,則氧化鐵礦粉末中

氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為.

【知識探究學(xué)習(xí)】

世界上古老的文化發(fā)源地在使用和冶煉金屬的歷史上都無一例外的是銅先于鐵，你能分析其中的原因

嗎？

1.銅的冶煉

工業(yè)上使用的銅有電解銅（含銅99.9%?99.95%）和精銅（含銅99.0%?99.7%）兩種.前者用于電器工

業(yè)上，用于制造特種合金、金屬絲及電線.后者用于制造其他合金、銅管、銅板、軸等.

煉銅的原料是銅礦石.銅礦石可分為三類：⑴硫化礦.，如黃銅礦（CuFeSz）、斑銅礦（CusFeS。和輝銅礦（CU2S）

等.（2）氧化礦，如赤銅礦（Cite。）、孔雀石［CUCO3?Cu（OH）/、藍(lán)銅礦［2C11CO3?CU（0H）2^硅孔雀石（CuSiOs皿旦））

等.⑶自然銅.

銅礦石中銅的含量在1%左右（0.5%?3%）的便有開采價值，因為采用浮選法可以把礦石中一部分脈石

等雜質(zhì)除去，而得到含銅量較高（8%?35%）的精礦砂.

從銅礦石冶煉銅的過程比較復(fù)雜.以黃銅為例，首先把精礦砂、熔劑（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭

或無煙煤）混合，投入“密閉”鼓風(fēng)爐中，在1000℃左右進行熔煉.于是礦石中一部分硫成為SON用于制硫酸），

大部分的碑、睇等雜質(zhì)成為AsQ、S&O3等揮發(fā)性物質(zhì)而被除去：

2CuFeS2+02=Cu2S+2FeS+S021

?部分鐵的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸铮?/p>

2FeS+3O2=2FeO+2s。21

Cu2s跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰銅”（主要由Cu2s和FeS互相溶解形成的，它的含銅率在

20%?50%之間，含硫率在23%?27%之間），F(xiàn)eO跟SiO?形成熔渣：

FeO+SiO2=FeSiO3

熔渣浮在熔融冰銅的上面，容易分離，借以除去一部分雜質(zhì).

然后把冰銅移入轉(zhuǎn)爐中，加入熔劑（石英砂）后鼓入空氣進行吹煉（1100?1300℃）.由于鐵比銅對氧有較

大的親利力，而銅比鐵對硫有較大的親和力，因此冰銅中的FeS先轉(zhuǎn)變?yōu)镕eO,跟熔劑結(jié)合成渣，而后Cu2s

才轉(zhuǎn)變?yōu)镃u20,Cu2O跟Cu2s反應(yīng)生成粗銅（含銅量約為98.5%）.

2CU2S+3O2=2CU2O+2SO2t

2CU2O+CU2s=6CU+S02t

再把粗銅移入反射爐，加入熔劑（石英砂），通入空氣，使粗銅中的雜質(zhì)氧化，跟熔劑形成爐渣而除去.

在雜質(zhì)除到一定程度后，再噴入重油，由重油燃燒產(chǎn)生的一氧化碳等還原性氣體使氧化亞銅在高溫下還原為

銅.得到的精銅約含銅99.7%.

6

2.廢金屬的利用

廢金屬棄置不用，不僅是資源的極大浪費，而且占用土地，污染環(huán)境.目前，世界各國都十分重視廢金

屬的回收再用.

回收的廢舊鋼鐵主要用于煉鋼，利用某些邊角余料可以生產(chǎn)某些設(shè)備、儀器的零件等.

據(jù)計算，利用It廢鋼煉鋼，可節(jié)約礦石2t、焦炭It、石灰石0.5t.回收It銘不銹鋼，可節(jié)約鋁0.13t.

回收It銀銘鋼，可節(jié)約銘0.18t、鍥0.09t.同時，利用回收金屬進行冶煉，還可以節(jié)約大量能源.

3.我國的礦產(chǎn)資源

礦產(chǎn)資源是自然資源的一部分，是大自然賦予人類的寶貴財富，是我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要物質(zhì)

基礎(chǔ)，我國生產(chǎn)所需的80%左右的原材料來自礦產(chǎn)資源.

我國幅員遼闊，是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦產(chǎn)品種比較齊全的國家.我國礦產(chǎn)資源總值居世界第三

位，但人均擁有量約為世界人均水平的1/3,居世界第80位.

我國已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有168種，其中以探明儲量的有152種，已開發(fā)利用的有132種，已發(fā)現(xiàn)的礦床、礦

化點有二十多萬處.

在金屬礦產(chǎn)資源上，鴇、睇、鈦、稀土、菱鎂礦居世界第一位，倒居第二位，鋅、祖居世界第三位.金

屬礦產(chǎn)儲量相對不足的有銀、鐵、鉛、銅、金、銀等，儲量相對短缺的有鉀、伯、銘等.

7

參考答案：【同步達(dá)綱練習(xí)】

1.B2.B3.C4.BC5.BD6.B7.C8.D

9.①Fe、Zn、Cu等一類中等活潑金屬的冶煉;②活潑金屬Na、Mg、Al等的冶煉;

③Ag、Hg等一類不活潑金屬的冶煉；④V、Nb、Mn等難熔金屬.

10.①或③1：2或1：1

REOJ溶液

11.腐獨后的洛液粉

過看

ISHtt[F長生溶液

過源

12.2，M口=^^=44+3OU3M?Cfe+4,^=3M?+2^Q

13.Al,金、伯以及少量的銀和銅，合金或純金屬.

14.熱分解法、熱還原法、電解法.電解熔融的A1Q,用C0還原FezCh或FeQ”電解熔融的NaCl,使金

屬化合物的金屬離子得到電子變成金屬原子.

15.(l)Zn0+C0=^=Zn+C02(2)Fe30i+4C0^=3Fe+4C02

申解

(3)2Al?永蹣'"1+30。t(4)2NaCl=2