金屬的冶煉人教版

金屬的冶煉

【基礎(chǔ)知識(shí)精講】

1.金屬的冶煉原理是將金屬的化合物通過(guò)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(dòng)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(shí)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(dòng)性順序，表中部金屬的冶煉

I電解法：適合還原性強(qiáng)的金屬的冶煉

3.方法導(dǎo)引

（1）熟練掌握金屬活動(dòng)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(diǎn)難點(diǎn)解析】

重點(diǎn)：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(diǎn)：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(guò)程.從金屬活動(dòng)順序表可知，越活潑的

金屬，其陽(yáng)離子的氧化性越弱；反之，越不活潑的金屬，其陽(yáng)離子的氧化性越強(qiáng)，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(qiáng)的還原手段（電解）來(lái)還原.

【難題巧解點(diǎn)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(shí)，陽(yáng)極消耗12kg碳，則在

陽(yáng)極生成的CO?和CO二種氣體的分子個(gè)數(shù)比為.

分析電解法煉鋁的反應(yīng)式為：

2ALO3=4A1+30,t

（陰極）（陽(yáng)極）

在高溫下，陽(yáng)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(yáng)極消耗的碳：12X10g=1X10^01

12g/mol

而由方程式可算出陽(yáng)極產(chǎn)生的a為：

3

1X1O3X-=0.75X10mol.

4

陽(yáng)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(gè)數(shù)比為1：1

[y=0.5x103/no/

例2：為何工業(yè)上制鎂時(shí)用電解MgCk,而制鋁時(shí)通常是電解ALO#

分析作為工業(yè)生產(chǎn)，-要考慮原料來(lái)源、價(jià)格，二要考慮生產(chǎn)過(guò)程的能源消耗.MgCk的溶點(diǎn)只有714℃,

而MgO為2800℃,從能量消耗上來(lái)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(wú)水MgCk來(lái)制鎂.而制鋁的原料多來(lái)自鋁土礦(主要成分為

Al20：!),ALO,的熔點(diǎn)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(shí)，A1CL易氣

化，熔融態(tài)A1CL未電離，不導(dǎo)電.

【命題趨勢(shì)分析】

?？贾R(shí)點(diǎn)：

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(jì)算

4.金屬冶煉過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M.

【典型熱點(diǎn)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(duì)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(wèn)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(duì)鋁的消費(fèi)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(lái)，保護(hù)現(xiàn)有

自然資源和對(duì)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(fèi)用、金屬本身的價(jià)值等.(已知Imol電子電量

約為IO,為

(1)試說(shuō)明回收鋁的過(guò)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(qiáng)堿或強(qiáng)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(jì)一個(gè)適用于工業(yè)生產(chǎn)上提純AL03的實(shí)驗(yàn)方案.用化學(xué)方程式表示.

(4)假定用6V直流電源供電進(jìn)行電解，制2.7噸A1需要多少KJ的電能？

(5)在1.01Xl()5pa,27℃時(shí)，每生產(chǎn)ImolAl,理論上在陽(yáng)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(fèi)用；④金屬本身的

價(jià)值；⑤人們的環(huán)境意識(shí)薄弱.(能答以上任意兩點(diǎn)即可，其它合理答案均可)

(2)①金屬本身的價(jià)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(shí)，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M(fèi)g,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(shuō)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(guó)的鴇、鑰、鈦、稀土金屬等儲(chǔ)量均居世界前列

D.在動(dòng)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(lái)的是()

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

7.用也還原某二價(jià)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(jìn)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(lái)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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)，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(jì)一個(gè)既經(jīng)

濟(jì)又合理的方案回收金屬銀和制取綠帆晶體的實(shí)驗(yàn)方案，分步列出實(shí)驗(yàn)步驟.并簡(jiǎn)要說(shuō)明每一步驟的目的.

4.a克CuO和碳粉的混合物，在無(wú)氧的條件下加熱一段時(shí)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(cè)表明，月球表面無(wú)大氣層，也沒(méi)有水，更沒(méi)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(wàn)噸?500萬(wàn)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(guó)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(qǐng)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(jià)，并指出月球上的鈦鐵礦對(duì)于人類建立月球基地有何重要意義?

【生活實(shí)際運(yùn)用】

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

-機(jī)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(wèn)題：

⑴粗鹽中含有Ca'Mg2\SO：等雜質(zhì)離子，精制時(shí)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(shí)采用電解MgCk而不采用電解MgO,其原因是.

(5)電解無(wú)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(shí)現(xiàn)下列所示物質(zhì)之間的變化：

請(qǐng)?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(guò)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(shí)，生成molE.

【知識(shí)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)】

1.銅變“銀幣”，“銀幣”變金幣

過(guò)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(wú)色透明的溶液

Na2ZnO2,同時(shí)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(chǔ)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(dòng)小組擬用下列裝置做煉鐵原理的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)檢測(cè)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￡?？阵?COzt+COt+nQ來(lái)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?yàn)閺淖笙蛴視r(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)前氧化鐵礦粉末的質(zhì)量為xg,實(shí)驗(yàn)后測(cè)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(shí)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(wú)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(jià)值，因?yàn)椴捎酶∵x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(guò)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(wú)煙煤）混合，投入“密閉”鼓風(fēng)爐中，在1000℃左右進(jìn)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(jìn)行吹煉（1100?1300℃）.由于鐵比銅對(duì)氧有較

大的親利力，而銅比鐵對(duì)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(fèi)，而且占用土地，污染環(huán)境.目前，世界各國(guó)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(jì)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(shí)，利用回收金屬進(jìn)行冶煉，還可以節(jié)約大量能源.

3.我國(guó)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(cái)富，是我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要物質(zhì)

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

我國(guó)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(guó)家.我國(guó)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(guó)已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有168種，其中以探明儲(chǔ)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(diǎn)有二十多萬(wàn)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(chǔ)量相對(duì)不足的有銀、鐵、鉛、銅、金、銀等，儲(chǔ)量相對(duì)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(dú)后的洛液粉

過(guò)看

ISHtt[F長(zhǎng)生溶液

過(guò)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