新教材2023版高中化學(xué)專題9金屬與人類文明第一單元金屬的冶煉方法學(xué)案蘇教版必修第二冊

專題9金屬與人類文明第一單元金屬的冶煉方法新課程標(biāo)準(zhǔn)1．掌握金屬冶煉的一般原理，了解不同金屬的冶煉方法。2．掌握鋁熱反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)業(yè)質(zhì)量水平合格性要求1.具有節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，有效使用金屬材料，強(qiáng)化金屬資源的回收和再利用。(水平1)2．從金屬活動(dòng)性規(guī)律研究金屬的冶煉方法，并加以利用解決實(shí)際問題。(水平2)等級(jí)性要求能說明金屬冶煉對(duì)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值，對(duì)環(huán)境的影響。(水平3)圖說考點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)——自學(xué)·思記·嘗試[新知預(yù)習(xí)]一、金屬的存在形式1．使用：地殼中含量最高的金屬元素是________，人類最早使用的金屬是________，使用最廣泛的金屬是________。2．存在形式：3．金屬活動(dòng)性順序：(從強(qiáng)到弱)4．金屬的存在形式與其活動(dòng)性有關(guān)：活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，在自然界中以________態(tài)形式存在；活動(dòng)性較弱的金屬，有可能以________態(tài)形式存在。有的金屬元素的存在形式既有________態(tài)又有________態(tài)，如鐵元素、銀元素。二、金屬的冶煉1．金屬冶煉的原理和實(shí)質(zhì)：2．冶煉方法：(1)熱分解法：適用于________金屬的冶煉。如a．HgO：_________________________________________________________________(寫化學(xué)方程式，下同)。b．Ag2O：________________________________________________________________。(2)電解法：適用于非?；顫娊饘俚囊睙?。如a．NaCl：________________________________________________________________。b．MgCl2：_______________________________________________________________。c．Al2O3：________________________________________________________________。(3)熱還原法：適用于大多數(shù)中等活潑金屬的冶煉，常用的還原劑有C、H2、CO等。如a．高爐煉鐵：____________________________________________________________。b．鋁熱法煉鐵：__________________________________________________________。c．用氫氣還原氧化銅：____________________________________________________。3．原則：金屬冶煉過程中，必須堅(jiān)持________、________、節(jié)約成本等原則。三、鋁熱反應(yīng)1．實(shí)驗(yàn)探究：實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(1)鎂條劇烈燃燒。(2)氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng)。(3)反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的白光。(4)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中，熔融物冷卻后變?yōu)楹谏镔|(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論在高溫下，氧化鐵與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，并放出大量的熱化學(xué)方程式2Al＋Fe2O3高溫=2Fe＋Al22.注意事項(xiàng)：(1)鎂條要除去表面的氧化膜，否則難以點(diǎn)燃；氧化鐵粉末與鋁粉要干燥；鋁粉要用沒有被氧化的，否則反應(yīng)難以進(jìn)行。(2)氧化鐵粉末與鋁粉兩者要混合均勻，以保證氧化鐵與鋁都完全反應(yīng)。(3)內(nèi)層濾紙要用水潤濕，以防紙漏斗燃燒。(4)蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量，既要防止蒸發(fā)皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人?！緦W(xué)而思】(1)工業(yè)上冶煉鋁的原理是什么？可否電解熔融AlCl3制取鋁，為什么？(2)(情境思考)我國高爐煉鐵各方面取得了顯著進(jìn)步，但在資源和能源利用率、高爐大型化、提高產(chǎn)業(yè)集中度以及環(huán)保等方面還跟國際存在很大差距，有待進(jìn)一步提高，努力向鋼鐵強(qiáng)國邁進(jìn)。①寫出高爐煉鐵的主要化學(xué)方程式。②CO是怎么形成的？③原料中用到了石灰石，其作用是什么？(3)如圖是我國古代和現(xiàn)代冶金的兩張圖片，那么人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動(dòng)性有什么關(guān)系？[即時(shí)自測]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”(1)自然界中不存在游離態(tài)的金屬單質(zhì)。()(2)金屬活動(dòng)性不同，冶煉方法也有所不同。()(3)地球上金屬礦物資源是有限的，因此，應(yīng)提高金屬礦物的利用率。()(4)廢舊金屬的回收利用，有利于環(huán)境保護(hù)。()(5)電解法適用于不活潑金屬。()(6)熱還原法常用的還原劑是C、H2、CO、Al。()(7)水溶液置換法適用于活潑金屬制備不活潑金屬。()2．連線。金屬 冶煉方法(1)Na、Mg A．熱分解法(2)Fe B．高溫還原法(3)Hg、Ag C．電解法3．冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法②水煤氣(或氫氣、一氧化碳)法③活潑金屬置換法④電解法。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅；(Ⅱ)濕法煉銅；現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻；(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂，對(duì)它們的冶煉方法的分析不正確的是()A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④4．我國古代煉丹家魏伯陽所著《周易參同契》是世界上現(xiàn)存最早的一部煉丹專著。書中描寫到：“金入于猛火，色不奪精光?！边@句話的意思是指黃金的性質(zhì)在強(qiáng)熱條件下()A．活潑 B．穩(wěn)定C．易氧化 D．易還原5．從金屬被利用的歷史來看，先是青銅器時(shí)代，而后是鐵器時(shí)代，鋁的利用是近幾百年的事。下列跟這個(gè)先后順序有關(guān)的是()①地殼中金屬元素的含量②金屬活動(dòng)性順序③金屬的導(dǎo)電性④金屬冶煉的難易程度⑤金屬的延展性A．①③B．②⑤C．③⑤D．②④6．如圖為鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，請回答有關(guān)問題：(1)紙漏斗中鋪在氧化鐵和鋁粉混合物上面的物質(zhì)為________。(2)引發(fā)該鋁熱反應(yīng)的操作為_________________________________________________。(3)若將氧化鐵換成氧化鎂，該反應(yīng)能否發(fā)生？________(填“能”或“不能”)，理由是________________________________________________________________________。(4)鋁熱反應(yīng)的用途有哪些(列舉兩條)?7．從鋁土礦中提取鋁的工藝流程如下：請寫出流程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。技能素養(yǎng)——合作·探究·分享例1現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、H2或CO作還原劑的還原法；②熱分解法；③電解法；④鋁熱法。試標(biāo)明冶煉下列金屬：Al、Mg、Cu、Hg、Mn適宜的冶煉方法。Al：________，Mg：________，Cu：________，Hg：________，Mn：__________；其中以C、H2或CO作還原劑冶煉金屬哪一種還原劑更好？談?wù)劥诉€原劑在工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)缺點(diǎn)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。例2如圖所示，用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出，在底部剪一個(gè)孔，用水潤濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5g炒干的氧化鐵粉末和2g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點(diǎn)燃鎂條。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實(shí)驗(yàn)信息，回答下列問題。(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________；在該反應(yīng)中，________是氧化劑，________是還原劑，該反應(yīng)稱為________反應(yīng)。(2)選出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(填寫在橫線上)：________。①鎂條劇烈燃燒②放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒，火星四射③紙漏斗的下部被燒穿④有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w(3)寫出下列操作或物質(zhì)的作用：內(nèi)層紙漏斗底部剪一個(gè)孔：_________________________________________________；蒸發(fā)皿盛沙：_____________________________________________________________；鎂條：___________________________________________________________________；氯酸鉀：_________________________________________________________________。關(guān)鍵能力歸納提升1.金屬冶煉步驟：(1)金屬冶煉的三個(gè)步驟及目的：步驟目的礦石富集除去雜質(zhì)、提高礦石中有效成分的含量冶煉根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物選擇合適的化學(xué)反應(yīng)，用適當(dāng)還原劑把礦石中的化合態(tài)金屬還原，得到粗金屬單質(zhì)精煉加入試劑除雜或電解精煉，得到純金屬(2)金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系：金屬的活動(dòng)性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬原子失電子能力強(qiáng)→弱金屬離子得電子能力弱→強(qiáng)主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法狀元隨筆常見熱還原法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)H2還原法金屬純度高工業(yè)成本高CO和C還原法工業(yè)成本低金屬純度低，尾氣中的CO會(huì)污染環(huán)境鋁熱法可以冶煉高熔點(diǎn)、難以冶煉的金屬工業(yè)成本較高2.鋁熱反應(yīng)概念鋁和金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)原理單質(zhì)鋁作還原劑，金屬氧化物作氧化劑，用鋁將氧化物中的金屬元素置換出來鋁熱劑鋁粉和某些金屬氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物反應(yīng)特點(diǎn)在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)迅速并放出大量的熱，新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離應(yīng)用冶煉難熔的相對(duì)較不活潑的金屬，如V、Cr、Mn等；焊接鋼軌等狀元隨筆(1)鋁熱反應(yīng)是利用鋁的強(qiáng)還原性，在高溫下將相對(duì)不活潑且熔點(diǎn)高的金屬從其氧化物中還原出來，因此只有Al和比Al活動(dòng)性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物才能稱為鋁熱劑，如Al和MgO組成的混合物不能稱之為鋁熱劑。(2)鋁熱反應(yīng)可以用鋁還原氧化鐵焊接鋼軌，但是工業(yè)上并不用這種方法煉鐵。課堂檢測——夯實(shí)·測控·演練1．《天工開物》中如下描述“共煅五個(gè)時(shí)辰，其中砂末盡化成汞，布于滿釜?！毕铝薪饘俚囊睙挿椒ㄅc此相同的是()A．鈉 B．鋁C．銀 D．鐵2．高爐煉鐵工藝簡單、效率高、能耗低。煉鐵高爐中加入石灰石的目的是()A．作氧化劑B．作熔劑造渣C．作還原劑D．作為合金成分形成鐵合金3．下列關(guān)于金屬在自然界中存在形態(tài)的說法不正確的是()A．地殼中含量最高的金屬是鐵，其次是鋁B．鋁在自然界中主要存在于鋁土礦(主要成分是氧化鋁)中C．鐵主要存在于鐵礦石(磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦等)中D．金、鉑等不活潑的金屬以游離態(tài)形式存在4．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(dòng)性強(qiáng)弱5．日常生活中的許多現(xiàn)象與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，下列現(xiàn)象與氧化還原反應(yīng)無關(guān)的是()6．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．濕法煉銅與火法煉銅的反應(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)中，1molFe3O4被CO還原成Fe，轉(zhuǎn)移9mole－D．鋁熱法還原鐵的反應(yīng)中，放出的熱量能使鐵熔化7．用鋁熱法還原下列化合物，若獲得金屬各1mol，消耗鋁最少的是()A．MnO2 B．Cr2O3C．WO3 D．CuO8．如圖是鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，有關(guān)該反應(yīng)的下列說法中一定正確的是()A．a(chǎn)為鎂條B．b為氧化鐵與鋁粉的混合物C．2mol氧化劑參與反應(yīng)則轉(zhuǎn)移電子6NA個(gè)(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù))D．還原劑與氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶29．由于各種金屬的化學(xué)活動(dòng)性不同，所以對(duì)不同的金屬必須采取不同的冶煉方法。(1)下列說法中錯(cuò)誤的是________(填字母)。A．對(duì)廢舊金屬最好的處理方法是回收再利用B．地球上的金屬礦物資源是有限的，必須合理開發(fā)和利用C．活潑金屬的冶煉都是通過電解其鹽溶液制得D．熱還原法中還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣或活潑金屬等(2)金屬銅的冶煉在古代有濕法煉銅——曾青(硫酸銅)得鐵則化為銅，在現(xiàn)代有焦炭法——焦炭還原氧化銅。分別寫出這兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)下列反應(yīng)原理不符合工業(yè)冶煉金屬實(shí)際情況的是________(填字母)，簡要說明其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。A．2HgO?2Hg＋O2↑B．8Al＋3Fe3O4高溫=9Fe＋4Al2C．2MgO電解=2Mg＋OD．2NaCl(熔融)電解=2Na＋Cl(4)寫出用電解法冶煉金屬鋁的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。10．鈦(Ti)因?yàn)榫哂猩衿娴男阅茉絹碓揭鹑藗兊年P(guān)注。常溫下鈦不和非金屬、強(qiáng)酸反應(yīng)，紅熱時(shí)，卻可與常見的非金屬單質(zhì)反應(yīng)。鈦是航空、軍工、電力等方面的必需原料。地殼中含鈦礦石之一是金紅石(TiO2)，目前大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法是：第一步：金紅石、碳粉混合，在高溫條件下通入Cl2制得TiCl4和一種可燃性氣體。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________________________________________________________________________________________________，該反應(yīng)的還原劑是________。第二步：在氬氣的氣氛中，用過量的鎂在加熱條件下與TiCl4反應(yīng)制得金屬鈦。(1)寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(2)簡述從上述所得產(chǎn)物中獲取金屬鈦的步驟。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。專題9金屬與人類文明第一單元金屬的冶煉方法基礎(chǔ)知識(shí)新知預(yù)習(xí)一、1．鋁銅鐵2．游離化合4．化合游離游離化合二、2．(1)不活潑a．2HgO?2Hg＋O2↑b．2Ag2O?4Ag＋O2↑(2)a.2NaCl(熔融)電解=2Na＋Clb．MgCl2(熔融)電解=Mg＋Clc．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑(3)a.Fe2O3＋3CO高溫=2Fe＋b．Fe2O3＋2Al高溫=2Fe＋Al2c．CuO＋H2?Cu＋H2O3．綠色環(huán)保循環(huán)利用學(xué)而思提示：(1)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。AlCl3屬于共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，故工業(yè)上冶煉Al是電解熔融Al2O3而不是AlCl3。(2)①C＋O2(足量)點(diǎn)燃=COC＋CO2高溫=Fe2O3＋3CO高溫=2Fe＋3CO②炭與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，并放出大量的熱，二氧化碳再與灼熱的焦炭反應(yīng)生成CO。③石灰石的主要作用是將礦石中的二氧化硅(SiO2)轉(zhuǎn)化成爐渣。(3)金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活潑性。金屬越活潑，冶煉時(shí)所需條件要求越高，在人類歷史上出現(xiàn)相對(duì)晚一些。金屬越不活潑，冶煉的方法越簡單，人們使用的時(shí)間越早，所以有青銅、鐵器等時(shí)代的發(fā)展歷程。即時(shí)自測1．答案：(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)√(7)√2．答案：(1)—C(2)—B(3)—A3．解析：選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活動(dòng)性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)發(fā)生的反應(yīng)分別是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3?2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO?2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3高溫=Al2O3＋2Cr，符合(Ⅳ)：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解=MgClMgCl2(熔融)電解Mg＋Cl2↑，符合④。答案：B4．解析：金的性質(zhì)穩(wěn)定，在強(qiáng)熱條件下也不反應(yīng)。答案：B5．解析：金屬的活動(dòng)性決定了金屬冶煉的難易程度。答案：D6．解析：做鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要有引燃劑(鎂帶)、助燃劑(KClO3分解提供氧氣)和反應(yīng)物，反應(yīng)物應(yīng)該是鋁粉與相對(duì)不活潑金屬的氧化物。答案：(1)氯酸鉀(或KClO3)(2)在混合物中間插一根鎂帶，并用燃著的小木條點(diǎn)燃鎂帶(3)不能鎂比鋁活潑，鋁不能置換鎂(4)用于焊接鋼軌、冶煉某些熔點(diǎn)高的金屬。7．答案：(1)Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O(2)NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3(3)2Al(OH)3?Al2O3＋3H2O(4)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑技能素養(yǎng)例1解析：在金屬活動(dòng)性順序表中，對(duì)于Hg及其以后很不活潑的金屬，用熱分解法冶煉；對(duì)于Zn、Cu之間的金屬，用熱還原法冶煉，常用的還原劑有焦炭、CO、H2、活潑金屬；對(duì)于Al及其以前的金屬，用電解法冶煉。答案：③③①②④用氫氣作還原劑更好；冶煉制出的金屬純度高，冶煉過程不會(huì)給環(huán)境造成污染，但是生產(chǎn)成本高例2解析：(1)鋁熱反應(yīng)為2Al＋Fe2O3高溫=,2Fe＋Al2O3，該反應(yīng)中Fe2O3作氧化劑，Al作還原劑。(2)①②③④全為鋁熱反應(yīng)的現(xiàn)象。答案：(1)2Al＋Fe2O3高溫=,2Fe＋Al2O3Fe2O3(2)①②③④(3)使熔融物易于落下防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿，同時(shí)防止濺落物迸濺過遠(yuǎn)對(duì)周圍人造成傷害引燃劑，引起氯酸鉀分解助燃劑，為鎂條繼續(xù)燃燒提供氧氣，引發(fā)鋁熱反應(yīng)課堂檢測1．解析：“共煅五個(gè)時(shí)辰，其中砂末盡化成汞，布于滿釜。”方法是加熱HgO，使之分解成Hg和O2；工業(yè)上冶煉金屬鈉，常采用的方法是電解熔融氯化鈉，故A不符合題意；工業(yè)上冶煉鋁，采用電解熔融的氧化鋁，故B不符合題意；工業(yè)上冶煉銀，采用加熱氧化銀，故C符合題意；工業(yè)冶煉鐵，采用熱還原法，故D不符合題意。答案：C2．答案：B3．解析：地殼中含量最高的金屬是鋁，其次是鐵。金屬在自然界中的存在形態(tài)與其化學(xué)活動(dòng)性有關(guān)，化學(xué)性質(zhì)