高中化学《金属的冶炼》微课精讲+知识点+教案课件+习题

全册精讲+→ 班班通教学系统 2023-02-12

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知识点：

(1)金属在自然界中的存在形式：

①游离态：化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态的形式存在。如：Au、Ag、Pt、Cu

②化合态：化学性质比较活泼的金属,在自然界中能以化合态的形式存在。如：Al、Na

(2)金属冶炼的实质：用还原的方法，使金属化合物中的金属阳离子得电子变成金属原子。Mn+ + ne-→M

(3) 金属冶炼的主要步骤：

①矿石的富集 (目的：除去杂质,提高矿石右的有用成分的含量)

②冶炼 (目的：得到金属单质)

原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质

③精炼 (目的：提高金属的纯度)

(4) 金属冶炼方法（根据金属的活泼性）

①物理法：Au、Pt 在自然界中主要以游离态存在

②热分解法：适用范围：不活泼金属(Hg～Ag)例：

2HgO2Hg＋O2↑

2Ag2O4Ag＋O2↑

③热还原法：适用范围：较活泼的金属( Zn～Cu)

(i) 焦炭还原法。例：

C 还原 ZnO、CuO：C＋2ZnO2Zn＋CO2↑

C＋2CuO2Cu＋CO2↑

(ii) 一氧化碳还原法。例：

CO 还原 Fe2O3、CuO：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2

CO＋CuOCu＋CO2

(iii) 氢气还原法。例：

H2 还原 WO3、Fe3O4：3H2＋WO3W＋3H2O

4H2＋Fe3O4 3Fe＋4H2O

(iv) 活泼金属还原法。例：

Al 还原 Cr2O3、V2O5：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr

10Al＋3V2O56V＋5Al2O3

④电解法：适用范围：活泼的金属 K～Al（电解法也常用于某些不活泼的金属的精炼）

例：电解 Al2O3、MgCl2、NaCl：

2Al2O3(熔融)冰4Al＋3O2↑

MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑

视频教学：

练习：

1.下列制备金属单质的方法或原理正确的是( )

A．在高温条件下，用H₂还原MgO制备单质Mg

B．在通电条件下，电解熔融Al₂O₃制备单质Al

C．在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na

D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu

解析：镁是活泼的金属,需要电解法冶炼,A不正确;C不正确,应该是电解熔融的氯化钠;铜的冶炼需要还原剂还原,D不正确,所以正确的答案选B。

2.利用海洋资源获得的部分物质如图所示,有关说法正确的是( )

A. 在化学反应中,

可转变为D₂O

B."加碘食盐"生产中碘添加剂为单质I₂

C.实验室用带玻璃塞的棕色瓶贮存液Br₂

D.电解饱和MgCl₂溶液时在阴极得到Mg

解析：海水中存在重水.海水蒸馏是微粒变化,不能实现水变化为重水的分子变化,故A错误;加碘食盐是添加了碘酸钾,不是碘单质,故B错误;溴单质具有强氧化性和腐蚀性,不能用橡胶塞而用玻璃塞,易挥发,密度比水大,所以应保存在棕色瓶中.避免光照.放在阴凉处.同时在液溴表层加水,就是所谓的液封.防止其挥发.实验室用带玻璃塞的棕色瓶贮存液Br₂,故C正确;依据电解原理分析.电解氯化镁溶液.阳离子是氢离子在阴极得到电子生成氢气.镁离子不能放电.工业上是电解熔融氯化镁得到金属镁,故D错误。

3.氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是( )

A.电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中,钠离子被还原,氯离子被氧化

B.在湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应

C.用磁铁矿炼铁的反应中,1mol Fe₃O₄被CO还原成Fe,转移9mol e^-

D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化

解析：

中铁的平均化合价为

,故1mol

被CO还原成Fe,应转移8mol

4. 下列各种冶炼方法中,可以制得相应金属的是( )

A.加热氧化铝

B.加热碳酸钙

C.电解熔融氯化钠

D.氯化钠与铝粉高温共热

解析：Al—般用电解熔融Al₂O₃的方法制得,加热氧化铝,不能制取金属铝,故A错误;钙是活泼金属,可以采用电解熔融氯化钙的方法来获得,高温锻烧碳酸钙得到的是氧化钙和二氧化碳,不能制取金属钙,故B错误;钠是活泼金属,可以采用电解熔融氯化钠的方法来获得金属钠,故C正确;钠的活动性强于铝,所以不能用铝热反应制取钠,故D错误。

5.下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是( )

选项	冶炼原理	方法
A	2HgO2Hg+O₂↑	热分解法
B	2Al₂O₃(熔融)4Al+3O₂↑	电解法
C	Cu₂S+O₂2Cu+SO₂	热分解法
D	Fe₂O₃+2Al2Fe+Al₂O₃	热还原法

解析：活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,较活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼,故A、B、D正确。C项为火法炼铜,错误。

6.下列有关化工生产的叙述错误的是( )

①电解熔融的氯化钠制取金属钠 ②将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁 ③用电解法冶炼铝时,原料是氯化铝 ④炼铁时高炉中所发生的反应都是放热反应,故无需加热

A.②③ B.①③ C.①②③ D.②③④

解析：钠特别活泼,加入氯化镁溶液时钠先与水反应生成NaOH和H₂,Mg²⁺和OH^-反应生成Mg(OH)₂沉淀,②错;冶炼铝使用的是Al₂O₃,③错;高炉炼铁中所发生的反应是放热反应,但仍需要高温条件,④错。

课件：

教案：

【考纲要求】

1. 常识性了解金属在自然界中的分布、存在形态以及储量；

2.了解金属冶炼的一般原理及步骤，记住金属冶炼的三种方法，即热分解法、热还原法和电解法；

3. 常识性了解金属回收与环境资源保护的意义；能写出冶炼金属方法中对应的常见金属冶炼的有关化学发方程式.

教与学方案

【自学反馈】

1.金属在自然界存在有态也有态，

（1）你能否给金属的冶炼下一个定义？

（2）金属冶炼的原理是什么？

（3）金属冶炼一般要经过那几个步骤？

（4）金属冶炼有哪些方法？金属活动顺序与金属冶炼方法有没有联

系呢？如果有，有什么规律吗？

金属冶炼的一般规律：

K Ca Na Mg Al

（）法

Zn Fe Sn Pb (H) Cu

（　　　　）法

Hg Ag 　　　　　　　Pt Au

（　　）法　　　　（　　　）法

(5)在热还原法中还原剂通常是与金属氧化物反应，如果矿石不是氧化物而

是硫化物或碳酸盐时，怎么办？

(6)焦炭和氢气作为还原剂有什么区别（优缺点），如果要冶炼纯度很高的

金属一般要选用什么还原剂？用Al作为还原剂一般用于冶炼哪些金属？

2.金属冶炼的常见方法

（１）热分解法：

请写出中学化学中常见的用此法制取某些金属的化学方程式

（２）热还原法：

对于多数金属的冶炼，常用的还原剂如焦碳、一氧化碳、氢气和活泼金属加热反应的方法。如：

Fe₂O₃ + C =　

CuO + CO =

WO₃　+ H₂ =

MnO₂+ Al =

(3) 电解法:

在金属活动顺序表中，等金属的还原性很强，这些金属都很容易失电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用电解其和的方法来冶炼.如(请用相关的化学方程式举例:说明)

【例题解析】

[例1] Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。

（1）自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿，金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石。请填空：

①写出磁铁矿主要成分的化学式：。

②写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：。

③写出焦炭在高炉中参与反应的两个化学方程式：。

④写出CaCO₃所参与反应的两个化学方程式：。

解题思路: 。

易错点: 。

[例2]已知Fe₂O₃在高炉中有下列反应

Fe₂O₃＋CO→2FeO＋CO₂

反应形成的固体混和物（Fe₂O₃、FeO）中，元素铁和氧的质量比用m_Fe︰m_O表示。

（1）上述固体混和物中，m_Fe︰m_O不可能是（选填 a、b、c多选扣分）

A.21︰9 B.21︰7.5 C. 21︰6

（2）若m_Fe︰m_O＝21︰8，计算Fe₂O₃被CO还原的百分率

（3）设 Fe₂O₃被CO还原的百分率为A％，则A％和混和物中m_Fe︰m_O的关系式为（用含m_Fe、m_O的代数式表示）。

A％＝

请在下图中画出A%和m_Fe/m_O关系的图形。

（4）如果 Fe₂O₃和CO的反应分两步进行：

3Fe₂O₃＋CO→2Fe₃O₄＋CO₂

Fe₃O₄＋CO→3FeO＋CO₂

试分析反应形成的固体混和物可能的组成及相应的m_Fe︰m_O（令m_Fe︰m_O＝21︰a，写出a的取值范围）。将结果填入下表。

混和物组成（用化学式表示）	a的取值范围

解题思路: 。

易错点: 。

【考题再现】

1.铁是自然界分布最广的金属元素之一，在地壳中的质量约占5%左右。铁矿石的种类很多，重要的有磁铁矿石（主要成分是Fe₃O₄）、赤铁矿石（主要成分是Fe₂O₃）等。

（1）写出赤铁矿炼铁的主要化学方程式：；

（2）红热的铁能跟水蒸气反应，有一种产物是可燃性气体，则其反应式为：；

在常温下，铁跟水不起反应。但是，在水和空气里的氧气及二氧化碳等的共同作用下，铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。刷油漆是重要的防腐蚀措施之一，油漆防腐蚀的主要原理是。

（3）铁元素是人体的重要营养元素，举一例说明铁元素在人体中的重要作用：。

思维方法: 。

展望高考:

2.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：

（1）若在空气中加热MgCl₂·6H₂O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式。

用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl₂·6H₂O时，能得到无水MgCl₂，其原因是

（2）Mg(OH)₂沉淀中混有的Ca(OH)₂应怎样除去？写出实验步骤。

（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的；

溶解时：。过滤时：。蒸发时：。

思维方法: 。

展望高考:

3.孔雀石和石青是自然界存在的两种碳酸盐类铜矿，它们的化学组成可表示为：

xCuCO₃·yCu(OH)₂(x、y为正整数且)

（1）孔雀石和石青分别与过量盐酸反应时，孔雀石耗用的盐酸的物质的量与生成的CO₂的物质的量之比为4∶1；石青则为3∶1。请推算它们的化学组成。

孔雀石∶ ；石青：。

（2）现有孔雀石和石青混合样品，取两份等质量的样品，在一份中加入过量盐酸，生成CO₂3.36L（标准状况下）；加热另一份样品使其完全分解，得到CuO 20g，试通过计算确定该混合物中孔雀石和石青的物质的量之比。

思维方法: 。

展望高考:

【针对训练】

A . 基础训练

1．在铁粉中加入稀HNO₃，当反应完全后，尚残留少量铁粉，则溶液中含量较大的阳离子是

A．Fe²⁺B ． Fe³⁺C．H⁺和Fe²⁺D．Fe²⁺和Fe³⁺

2．用含硫量较高的生铁来炼钢时，应采取的措施是（）

A．加入较多的硅铁 B．加入较多的焦炭

C．使用较多的生石灰 D．掺入含磷较高的废铜

3．下列叙述中，正确的是（）

A．含金属元素的离子不一定都是阳离子

B．在氧化还原反应中，非金属单质，一定是氧化剂

C．是元素从化合态变为游离态时，该元素一定被还原

D．金属阳离子被还原不一定得到金属单质

4．某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物。当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2∶ 1时，还原产物是（）

A．N₂O B．NO C．NO₂D．N₂

5．制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl₃ + Cu = 2FeCl₂ + CuCl₂。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是

A．烧杯中有铜无铁 B．烧杯中有铁无铜

C．烧杯中铁、铜都无 D．烧杯中铁、铜都有

6．不用其它试剂，限用化学方法区别下列两组内的四瓶溶液：①FeCl₃、BaCl₂、MgSO₄、Al₂(SO₄)₃②Al₂(SO₄)₃、盐酸、BaCl₂、K₂CO₃ （）

A．只有①组可以 B．只有②组可以

C．两组都可以 D．两组都不可以

B.提高训练

7．有A、B、C三种单质，常温下A是固体，B是液体，C是气体。X、Y、Z 是均含同一种元素的化合物，Y溶于水得无色溶液，Y的水溶液能跟A反应，它们之间的相互转化关系如右图所示，其中X的化学式为。

8．将ag MgCO₃与hg NaHCO₃分别加入到100mL 1 mol / L的盐酸中，若反应后所得两种溶液的质量相等，则a与b的关系和取值范围是。

9．有A、B、C、D、E五种溶液，它们的阳离子分别是Ag⁺、Na⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Fe³⁺，阴离子分别是Cl^－、NO₃^－、OH^－、SO₄^2－、CO₃^2－（都不重复）现进行如下实验：

（1）C溶液中加入纯铁粉，溶液质量增加。

（2）A、E溶液都呈碱性。则得0.1mol /L的A溶液pH值小于13。

（3）在B溶液中逐滴加入氨水，出现沉淀，继续加入氨水，沉淀消失。

（4）在D溶液中加入硝酸钡溶液无现象。

由上述现象可推知各种溶液中所含的阳、阴离子是

溶液	A	B	C	D	E
阳离子
阴离子

C.能力训练

10.推断下列由两种金属组成的合金成份，并写出有关反应的离子方程式:

(1)合金由和组成

(2)写出②、③、⑤反应的离子方程式是

②

③

⑤

11．有一种工业废水，已知其中含有大量硫酸亚铁，少量Ag⁺和Na⁺。今设计一种既经济又合理的方法，回收银和硫酸亚铁。设计方案如下图所示，

（1）药品①是

（2）沉淀是

（3）药品②是

（4）母液中存在的阳离子有

12．提示：某些金属氧化物跟熔融烧碱反应可生成盐。根据以下化学反应框图填空：

（1）单质F是

（2）写出由E生成G的离子反应方程式（或化学方程式）

（3）溶液I中所含金属离子是

（4）由C → E + F若改用浓酸，则不能选用的浓酸是（写分子式）

13．A、B、C、D是四种可溶性离子化合物，其组成中的阴阳离子各不相同，它们在溶液中电离的阴、阳离子分别为Cl^－、SO₄^2－、NO₃^2－、OH^－、Ag⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cu²⁺。当四种物质的稀溶液反应时产生如下现象①A + B → 产生白色沉淀；②B + D → 产生白色沉淀；③C + D → 产生蓝色沉淀。

由此可以判断（写分子式）A B C D 。

14．为测定一种复合氧化物型的磁性粉末材料的组成，称取6.26g样品，将其全部溶于过量稀硝酸后，配成100mL溶液。取50mL溶液，加入过量K₂SO₄溶液，生成白色沉淀，经过滤、洗涤，烘干后得2.33g固体。另取25mL溶液，加入少许KSCN溶液，显红色。再取余下的25mL溶液，加入过量NaOH溶液，生成红褐色沉淀，将沉淀过滤、洗涤，灼烧后的0.80g固体。请计算并结合推理填写下表。