專題2.5-3　物質的轉化金屬的冶煉（原卷版）

第2章物質轉化與材料利用2.53物質的轉化——金屬的冶煉目錄TOC\o"13"\h\z\u 1 3 4 5【基礎鞏固練】 5【發(fā)散思維練】 6【核心素養(yǎng)練】 8【中考提分練】 10金屬的冶煉1.金屬在自然界的存在：僅有少數(shù)金屬是以游離態(tài)(即單質)的形式存在的，大多數(shù)金屬是以化合態(tài)的形式存在的。2.金屬的冶煉原理與方法（1）原理：金屬氧化物與還原劑(C、CO、H2等)在高溫(或加熱)下反應，還原劑奪取金屬氧化物中的氧，使其還原成金屬單質。（2）方法常用的金屬冶煉方法是用C、CO(熾熱的碳能在高溫條件下與二氧化碳反應生成一氧化碳：C＋CO2===2CO)或H2等具有還原性的物質與金屬氧化物在高溫下反應，奪取金屬氧化物中的氧，從而得到金屬單質。例如：C＋2CuOeq\o(=====,\s\up7(高溫))2Cu＋CO2↑C＋CO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))2COCO＋CuOCu＋CO2H2+CuOCu+H2O3.還原反應：含氧化合物里的氧被奪取的反應，叫作還原反應。能從含氧化合物中奪取氧的性質叫作還原性。有還原性的物質可作還原劑。上述反應都是還原反應。4.氫氣還原氧化銅的實驗實驗步驟現(xiàn)象或結論(1)觀察氧化銅的顏色；(2)在試管中加入少量氧化銅，通入氫氣，過一會兒，再給氧化銅加熱；(3)反應完成后停止加熱；(4)繼續(xù)通入氫氣，直到試管冷卻(1)氧化銅是黑色固體；(2)固體物質由黑色粉末變成紅色物質，試管口有水生成。反應的化學方程式為H2+CuOCu+H2O5.鐵的冶煉原理：在高溫下，用還原劑(主要是一氧化碳)從鐵礦石中把鐵還原出來。如圖是“一氧化碳還原氧化鐵”的實驗裝置圖。上述實驗是實驗室模擬鐵的冶煉過程，即在高溫下，用還原劑(主要是一氧化碳)從鐵礦石中把鐵還原出來。實驗中紅色粉末逐漸變成黑色，澄清石灰水變渾濁，生成了鐵和二氧化碳，化學方程式為：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。注意處理尾氣CO的酒精燈要先點燃，最后熄滅。以防止有毒的CO逸散到空氣中污染空氣?！咀⒁狻?1)可燃性氣體在不純時點燃或加熱有可能發(fā)生爆炸，因此，在點燃或加熱前應進行純度檢驗；在做實驗時要先通氣體后加熱，以免混合氣體點燃時發(fā)生爆炸。(2)含氧化合物里的氧被奪取的反應，叫作還原反應。能從氧化物中奪取氧的性質叫作還原性，具有還原性的物質可作還原劑。1.有關純度問題的計算(1)純凈物質量=混合物質量×純度(2)某純凈物中組成元素的質量分數(shù)=某組成元素的質量/純凈物質量×100%(3)混合物質量=純凈物質量/純度舉例：測定某地石灰石樣品中碳酸鈣的純度，實驗測得的相關數(shù)據(jù)如下所示：10g石灰石樣品＋100g稀鹽酸（足量）106.04g剩余的混合物石灰石樣品的主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣會跟稀鹽酸反應而雜質不反應，反應的產物是氯化鈣、二氧化碳和水，其中二氧化碳以氣體形式逸散到空氣中，使溶液質量減少，即減少的質量就是二氧化碳的質量。計算石灰石樣品的純度：CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O10044x10g+100g106.04g得x=9g石灰石樣品的純度為9g/10g×100%=90%【注意】在實際生產時，所用的原料或產物一般含有雜質，在計算用料和產量時，應考慮到雜質問題。如果題目給出不純物質的質量，必須先換算成純凈物質的質量。純物質的質量＝不純物質的質量×純物質的質量分數(shù)。2.氫氣還原氧化銅實驗（1）步驟：①氫(檢驗氫氣的純度后先通一會兒氫氣)；②燈(點燃酒精燈給氧化銅加熱)；③燈(實驗完畢后，先熄滅酒精燈)；④氫(繼續(xù)通氫氣，直到試管完全冷卻)。先通入氫氣是為了排盡裝置中的空氣，否則具有可燃性的氫氣與空氣混合加熱，容易發(fā)生爆炸。實驗結束后先熄滅酒精燈，繼續(xù)通氫氣，直至試管冷卻，是防止生成的銅在溫度較高時再次被氧氣氧化成氧化銅，使實驗失敗。（2）實驗注意事項①盛放CuO的試管口要略向下傾斜，防止生成的水流入試管底部，使試管炸裂。②實驗應先通H2，再加熱，防止氫氣與空氣混合加熱時發(fā)生爆炸。③實驗停止后，繼續(xù)通H2，直至試管冷卻，防止灼熱的銅被空氣中的氧氣氧化成CuO?！境？肌苛私饨饘俚囊睙捲砼c方法【例1】點燃鋁熱劑(鋁粉和氧化鐵粉末的混合物)能釋放出大量的熱量，生成高溫熔融的鐵，鐵可以用來修補鐵軌，反應如下：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。其中還原劑是()A.Fe2O3B.AlC.FeD.Al2O3【例2】用如圖所示的玻璃管進行碳還原氧化銅實驗。(1)當A處的黑色固體變紅時，可觀察到B處的現(xiàn)象是。(2)查閱資料發(fā)現(xiàn)：反應生成的紅色固體除了銅以外還可能含有氧化亞銅(Cu2O)，氧化亞銅可以與硫酸發(fā)生如下反應：Cu2O+H2SO4Cu+CuSO4+X，該反應中X的化學式為?！境？?】掌握金屬冶煉的有關計算【例3】在學習“金屬的冶煉”時，某學習小組用如圖所示的裝置測量氧化銅樣品中氧化銅的質量分數(shù)，實驗所取氧化銅樣品質量為10克。(所含雜質不參加反應)(1)該實驗利用了一氧化碳的性，玻璃管內觀察到的現(xiàn)象是。(2)甲同學的方法：先測出氫氧化鈉濃溶液的質量為50克，待反應完全后再次稱量，質量為54.4克。請你計算樣品中氧化銅的質量分數(shù)。(一氧化碳不與氫氧化鈉溶液反應)(3)乙同學的方法：先稱量出玻璃管及樣品的總質量為m1，待反應完全后再次稱量，質量為m2，利用m1m2的值，求出樣品中氧化銅的質量分數(shù)。其中m1m2的值是指的質量。(4)同學們查閱到CO除了具有可燃性、難溶于水等性質外，還具有毒性。因此，本實驗中還需對尾氣進行處理。請你提出一種處理方法：?！净A鞏固練】1.(2020?重慶A)“中國高鐵，世界第一”，高鐵列車車體材料使用了含鎳不銹鋼，工業(yè)上火法煉鎳的原高溫理是C+2NiO2Ni+CO2↑，下列說法錯誤的是（）A.反應中NiO發(fā)生還原反應B.氣體產物中可能有COC.該不銹鋼中還含有鐵和碳D.該不銹鋼合金的硬度小于純鐵2.(2020?蘇州)利用如圖所示實驗裝置模擬工業(yè)煉鐵。下列說法正確的是（）A.實驗時應先點燃酒精燈后通COB.充分加熱，a處固體由黑色變?yōu)榧t色C.b處可用澄清石灰水檢驗生成的CO2D.可用NaOH溶液吸收尾氣中的CO3.從孔雀石[主要成分CuCO3?Cu(OH)2]中提取金屬銅的實驗步驟如下：將孔雀石粉碎，加過量稀硫酸，充分反應后過濾，向濾液中加入一種金屬粉末。(1)請?zhí)羁眨篊uCO3?Cu(OH)2+2H2SO4===CuSO4+CO2↑+3____________。(2)寫出可以加入的一種金屬并說明理由：________________________________________________。4.(2021?義烏廿三里期中聯(lián)考)某同學為了探究木炭和氧化銅在高溫條件下生成的氣體產物的成分，提出了如下猜想：a.可能是二氧化碳b.可能是一氧化碳并設計如圖所示裝置進行實驗，預期的實驗現(xiàn)象及結論如下：I.若澄清的石灰水變渾濁，則氣體為二氧化碳；Ⅱ.若澄清的石灰水不變渾濁，則氣體為一氧化碳。請你分析并回答：(1)該同學的猜想是否嚴謹?可以補充猜想c：________________________。(2)該實驗裝置存在的缺陷是________________________。(3)反應結束時，停止實驗的操作步驟是________________________。(4)實驗后發(fā)現(xiàn)試管①內壁上附著不易用試管刷洗凈的固體生成物，適合清洗試管①的試劑是____________________________________。5.已知反應：H2和CO在這兩個反應中均將Fe2O3還原為Fe，均作還原劑。(1)請你分析上述反應中還原劑各元素的化合價在化學反應前后的變化情況，歸納出化學反應中還原劑所含元素化合價的變化規(guī)律：______________________。(2)請根據(jù)你得出的規(guī)律，Mg+CuCl2===MgCl2+Cu中的還原劑是___________。(3)在化學反應中與還原劑中元素化合價變化規(guī)律相反的物質稱為氧化劑，則Cl2+2NaBr===Br2+2NaCl中的氧化劑是____________________。6.我國每年報廢的超過1億部。廢舊的電路板中含有多種金屬，隨意丟棄會造成資源浪費并污染土壤和水體。某電路板中含有Fe、Sn、Cu、Ag、Au等金屬，如圖是某工廠回收其中部分金屬的流程圖。(其中Sn、Au在化合物中的化合價分別為+2和+3)(1)過程Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均涉及的操作是___________，該操作需要用到一種金屬材料制成的儀器是___________。(2)寫出過程Ⅱ中反應的化學方程式：_________________________________。(3)寫出過程Ⅲ中反應的化學方程式：_________________________________。(4)濾液4的主要成分(水除外)是：__________________?！景l(fā)散思維練】7.(2021?杭州模擬)如圖是CO和Fe2O3反應的裝置。下列關于圖示實驗的說法，正確的是（）①說明CO具有氧化性②玻璃管中的紅色粉末變成黑色粉末③防止了CO對空氣的污染④反應前應先通CO，再加熱酒精燈A.①②④B.①②③C.②③④D.全部8.用一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，F(xiàn)e2O3轉化為鐵的具體過程是：已知鐵的氧化物除Fe2O3外，其余均為黑色。下列說法正確的是（）A.裝置中漏斗的作用是防止倒吸B.通過實驗現(xiàn)象可以判斷氧化鐵是否完全轉化為鐵C.該實驗中所有的化學反應里，氧元素的化合價均未改變D.當硬質玻璃管內固體中鐵元素的質量分數(shù)為74%時，固體成分是Fe3O4和FeO9.氫氣和一氧化碳還原氧化銅的實驗裝置如圖所示，下列有關說法錯誤的是（）A.實驗時都應該先通入氣體后加熱，防止發(fā)生爆炸B.兩者都可以通過觀察黑色固體顏色的變化判斷反應是否發(fā)生C.甲無尾氣處理裝置而乙有，是因為一氧化碳有毒而氫氣無毒D.甲試管口略向下傾斜，乙玻璃管保持水平，是因為兩種氣體的密度不同10.(2020?云南)鎂及其合金是一種用途很廣泛的金屬材料。大量的鎂是從海水蒸發(fā)結晶得到粗鹽后的苦鹵水中提取的。根據(jù)下列工業(yè)制鎂的主要生產步驟回答問題：(1)操作X的名稱是______________。(2)試劑②可選用______________。(3)MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會產生金屬鎂和氯氣(Cl2)，該反應的化學方程式為_________________________________________。11.(2020?陜西)為測定某赤鐵礦中Fe2O3的含量，取10g該赤鐵礦樣品于燒杯中，向其中加入100g稀鹽酸，恰好完全反應，測得剩余固體的質量為28。(雜質不溶于水也不與酸反應)(1)10g樣品中雜質的質量為__________g。(2)計算稀鹽酸中溶質的質量分數(shù)?！竞诵乃仞B(yǎng)練】12.(科學探究與創(chuàng)新意識)甲、乙兩位同學根據(jù)下列轉化關系在實驗室中模擬煉鐵，并對生成物的成分進行探究。①模擬煉鐵的原理可能是______________________________(用化學方程式表示)。②初步分析得知，黑色粉末B的成分是一種或兩種單質。【猜想與假設】甲同學認為無色氣體A中可能有CO2，也可能有____________________。乙同學認為黑色粉末的成分中存在以下情況：假設一：只含有鐵；假設二：含有____________________?！緦嶒炋骄俊?1)驗證甲同學猜想的實驗裝置(箭頭表示氣體流向)。上述實驗裝置Ⅱ中濃硫酸的作用是吸收水蒸氣，裝置Ⅰ的作用是____________________，當看到Ⅰ中足量的澄清石灰水變渾濁，Ⅲ中黑色固體變成紅色后，可以確定無色氣體Ａ的成分是_______________。同時得出結論：上述裝置存在重大缺陷，需要補充__________裝置。(2)為驗證乙同學的假設二成立，請你設計實驗用物理方法(或化學方法)完成以下探究。(請?zhí)顚憣嶒瀳蟾姹砀裰锌杖钡牟糠?實驗方法實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結論物理方法部分黑色粉末被吸引上來假設二成立化學方法取少量黑色粉末放在玻璃管中，不斷通入氧氣，加熱，將產生的氣體通入澄清石灰水中假設二成立【交流反思】對甲同學實驗存在的缺陷，甲、乙同學一起進行了改進，解決了污染環(huán)境問題。13.(科學態(tài)度與社會責任)某中學化學興趣小組按照課本實驗方法(如圖甲)，做木炭與氧化銅反應實驗時，發(fā)現(xiàn)很難觀察到紫紅色銅的生成，卻往往有暗紅色固體出現(xiàn)。他們決定對這個實驗進行探究和改進?！咎岢鰡栴}】暗紅色的固體是什么?如何選擇合適的條件，使木炭還原氧化銅的實驗現(xiàn)象更明顯?【查閱資料】銅有+1和+2兩種化合價，通常情況下，氧的化合價為2，碳的化合價為4或+4。【猜想與假設】(1)同學們認為這種暗紅色固體可能是一種化合物，并猜測它的化學式為__________。(2)同學們還認為，通過改變反應物的狀態(tài)、質量比以及反應裝置，可以使該實驗現(xiàn)象更加明顯，減少出現(xiàn)暗紅色固體的情況?！痉治雠c交流】(3)小吳建議用超細炭粉與氧化銅粉末進行實驗。你認為這樣建議的原理是__________________________________________________。(4)小周建議用圖中的乙裝置替代甲裝置。與甲裝置相比較，乙裝置中將試管直立放置的作用是________________________________________________________________________________。(5)對下列三種氧化銅和碳的質量比例，小施建議選擇_______（填選項序號）的比例。A.32：3B.40：3C.48：3你認為小施這樣選擇的理由是_________________________________________________?！緦嶒炁c結論】同學們決定按改進后的方案進行實驗，他們在檢查了乙裝置的__________后，往試管中加入已干燥的藥品并開始加熱，當看到澄清石灰水剛出現(xiàn)渾濁時，__________(填“可以”或“不能”)確定氧化銅和木炭已經開始反應。不久，即可看到試管底部變紅熱，停止加熱后，仍能看到紅熱現(xiàn)象，并沿試管底部自下而上蔓延，這個現(xiàn)象說明該反應是__________(填“吸”或“放”)熱反應。待反應結束，先將導氣管從澄清石灰水中取出，然后關閉止水夾，讓產物自然冷卻。若不關閉止水夾，可能出現(xiàn)的問題是__________________________________________________。待產物冷卻后，同學們終于找到了期待已久的紫紅色銅珠，實驗獲得了圓滿成功?！局锌继岱志殹?4.(2020?寧波)如圖是某科學老