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專題9　金屬與人類文明
第一單元　金屬的冶煉方法
1．能從物質性質與反應條件角度解釋不同金屬冶煉方法的差異，會寫相關的化學方程式。2．認識我國古代文明與金屬冶煉的關系。3．感受物質制備中的化學思想。
學習理解
01
課時分層練
04
目錄
CONTENTS
探究應用
02
總結提升
03
學習理解
一、金屬的存在形式
1．一般而言，活動性較強的金屬，在自然界中以________存在；活動性較弱的金屬，有可能以________形式存在，如：金。有的金屬元素能以游離態和化合態存在，如：_____、_____元素等。
2．金屬越_______，人類開發、利用的越晚。
二、金屬的冶煉
1．定義：利用化學反應使金屬元素從______態變為______態的過程稱為金屬冶煉。
化合態
游離態
鐵
銀
活潑
化合
游離
2．金屬冶煉方法
(1)熱分解法
適合冶煉_________金屬，如通過加熱氧化銀(Ag2O)來制備金屬銀，化學方程式為_______________________。
(2)高溫還原法
適合冶煉金屬活動性順序表中鋅到銅之間的大多數金屬，常用的還原劑有_________________________等。
不活潑
C、CO、H2和活潑金屬
較活潑
鐵礦石、焦炭、石灰石
CO
(4)主要反應
4．鋁熱反應
(1)概念：鋁粉與某些______________在高溫條件下的反應。
(2)鋁熱劑：鋁粉與某些難熔的______________以__________形成的混合物。
(3)反應方程式(如與Fe2O3)：_____________________________。
(4)反應特點：反應_______大量的熱，生成氧化鋁和相應的金屬。
(5)應用：焊接鋼軌、冶煉熔點_______的金屬(如釩、鉻、錳等)。
金屬氧化物
金屬氧化物
一定比例
放出
較高
5．鋁的冶煉
(1)工藝流程
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)化合態的金屬元素被還原時，一定得到相應的金屬單質。(　　)
(2)銅是人類使用和開發比較早的金屬之一。(　　)
(3)Na、K等活潑金屬可用CO還原法冶煉。(　　)
(4)Al與MgO也能發生鋁熱反應。(　　)
(5)鐵元素只以化合態形式存在于礦石中。(　　)
(6)鋁熱劑是指鋁和氧化鐵的混合物。(　　)
×
√
×
×
×
×
探究應用
素材1　古代煉丹術士葛洪所著《抱樸子》中記載：“丹砂燒之成水銀。”
素材2　唐代詩人劉禹錫在《浪淘沙九首》中有云：“美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來。”
素材3　北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗。挹其水熬之，則成膽礬。烹膽礬則成銅；熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅。”
素材4　當鐵軌有縫隙時，維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃，讓熔融的鐵水流入鐵軌的縫隙，冷卻后就將鐵軌牢牢地黏在一起。
[問題探究]
1．以上素材中涉及了哪些金屬的冶煉？寫出相關的化學方程式。
2．人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動性有什么關系？
提示：金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活動性。金屬越活潑，冶煉時所需條件要求越高，在人類歷史上出現相對晚一些。金屬越不活潑，冶煉的方法越簡單，人們使用的時間越早，所以有青銅、鐵器等時代的發展歷程。
3．為什么冶煉鎂時不能使用MgO，冶煉鋁時不能使用AlCl3
提示：因為氧化鎂熔點太高，不易熔化，而氯化鎂熔點低，易熔化且熔化后易電離出自由移動的陰、陽離子，所以用氯化鎂；氯化鋁是共價化合物，熔化時不能電離出自由移動的陰、陽離子，所以不能使用，只能用熔點較高的氧化鋁。
知識點一　金屬的冶煉
1．金屬的冶煉原理
金屬冶煉的實質是使金屬化合物中的金屬陽離子得到電子被還原為金屬單質的過程，即：Mn＋＋ne－===M。
2．金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系
金屬的活動性順序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
金屬原子失電子能力 強→弱
金屬陽離子得電子能力 弱→強
主要冶煉方法 電解法 熱還原法 熱分解法 物理方法(富集法)
(4)濕法冶金
濕法冶金就是利用溶液中發生的化學反應(如置換、氧化還原、中和、水解反應等)對原料中的金屬進行提取和分離的冶煉過程，可用于提取鋅、鈾及稀土金屬等。例如：西漢時期，劉安在《淮南萬畢術》中記載“曾青得鐵則化為銅”：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4，宋朝時，濕法冶金已被廣泛使用。
(5)富集法
由于Pt、Au在自然界中多以游離態的形式存在，經多次淘洗去掉礦粒、泥沙等雜質，便可得到Pt、Au。
1．金屬鋰是密度最小的金屬，等質量的不同金屬，鋰可以釋放出更多的電子，故常用來制造高性能電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，則冶煉金屬鋰應采用的方法是(　　)
A．電解法 B．高溫還原法
C．熱分解法 D．鋁熱法
2．下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是(　　)
知識點二　鋁熱反應
1．實驗探究
實驗裝置
2．注意事項
(1)鎂條要打磨凈表面的氧化膜，否則難以點燃；氧化鐵粉末與鋁粉要選擇干燥的；鋁粉要用沒有被氧化的，否則反應難以進行。
(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。
(3)內層濾紙要用水潤濕，以防紙漏斗燃燒。
(4)蒸發皿中的細沙要適量，既要防止蒸發皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人。
(5)鋁熱反應中鎂條作引燃劑，KClO3作助燃劑。
3．等物質的量的鋁與足量的下列物質進行鋁熱反應，制得金屬的物質的量最少的是(　　)
A．MnO2 B．Fe3O4
C．Cr2O3 D．V2O5
解析：根據得失電子守恒，轉移等量電子時，金屬氧化物中金屬元素價態越高，其發生鋁熱反應時得到的金屬越少。
4．用如圖所示裝置進行鋁熱反應：
觀察發生的現象，回答下列問題：
(1)寫出該反應的化學方程式：____________________________，在該反應中________是氧化劑，_____是還原劑。
(2)某同學為研究該實驗，查閱有關資料得到如表數據：
Fe2O3
Al
①該同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物是鐵鋁合金。理由是該反應放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認為他的解釋是否合理？_______(填“合理”或“不合理”)。
②設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用的試劑是________________，反應的離子方程式為________________ ____________________________________。
合理
氫氧化鈉溶液
物質 Al Al2O3 Fe Fe2O3
熔點/℃ 660 2054 1535 1462
沸點/℃ 2467 2980 2750 —
總結提升
本課總結
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
隨堂提升
1．下列敘述正確的是(　　)
A．所有金屬元素都只存在于地殼中
B．鐵元素主要以化合態存在于自然界
C．常溫下所有的金屬都是固態
D．金屬元素大多數以游離態存在于自然界
2．下列關于工業上冶煉鋁的敘述中正確的是(　　)
A．既可以電解熔融的氯化鋁，也可以電解熔融的氧化鋁來冶煉鋁
B．既可以電解熔融的氧化鋁，也可以用氫氣或一氧化碳還原氧化鋁來冶煉鋁
C．美國化學家霍爾在氧化鋁中添加冰晶石，冰晶石的作用是催化劑，加快電解反應速率
D．熔融的氧化鋁電離出Al3＋和O2－，通電后，Al3＋得電子被還原，O2－失電子被氧化
解析：AlCl3是共價化合物，其熔融狀態不導電(氯化鋁還易升華)；Al的還原性強，Al2O3不能被H2或CO還原；冰晶石(Na3AlF6)作助熔劑，使氧化鋁熔融溫度降低，從而減少冶煉過程中的能量消耗，故A、B、C均錯誤。
3．下列關于金屬冶煉的說法正確的是(　　)
A．金屬冶煉的本質是將化合態金屬還原為游離態，冶煉方法由金屬的活動性決定
B．銅的濕法冶煉是將金屬鈉投入CuSO4溶液中，從而置換出銅
C．鐵通常采用高溫還原法冶煉，加入石灰石的目的是除去過量的碳
D．用海水為原料制得精鹽，再電解純凈的NaCl溶液可制得金屬鈉
解析：B項，濕法煉銅是用鐵置換出銅；C項，煉鐵中加入石灰石是為了除去二氧化硅雜質，且能防止生成SO2污染空氣；D項，工業上電解熔融的NaCl來制取Na。
4．鋁熱反應有廣泛的用途，實驗裝置如
圖甲所示。下列說法正確的是(　　)
A．鋁熱反應的能量變化可用圖乙表示
B．工業上可用鋁熱反應的方法提取鎂
C．在鋁熱反應過程中沒有涉及的化學反
應類型是化合反應
解析：鋁熱反應是放熱反應，則反應物
的總能量高于生成物的總能量，符合圖乙中
能量變化，A正確；鎂的活潑性大于鋁，不能
用鋁熱反應的方法提取鎂，B錯誤；鋁熱反應
過程中，Mg與O2發生化合反應生成MgO，C錯誤；氧化鐵是Fe2O3而不是Fe3O4，D錯誤。
5．請寫出冶煉下列金屬的化學方程式。
(1)加熱氧化汞制單質汞：_______________________。
(2)在高溫下，一氧化碳與氧化鐵反應可以制得金屬鐵：_______________ ____________________________。
(3)濕法煉銅(將鐵加入硫酸銅溶液中)：__________________________。
(4)電解熔融氯化鈉制得金屬鈉：____________________________。
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
對點 金屬的冶煉方法 金屬的存在形式 金屬的冶煉原理 金屬的冶煉原理 鋁熱 反應 金屬的冶煉方法 金屬的性質、鐵的冶煉
題號 8 9 10 11 12 13 14
難度 ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
對點 鋁的冶煉 鈦的 冶煉 銅的冶煉 金屬的冶煉 鋁熱反應及鋁熱劑成分的判斷 銅礦石中提取銅的實驗探究 鋁土礦冶煉鋁的工藝流程及相關知識
1．《天工開物》中描述“共煅五個時辰，其中砂末盡化為汞，布于滿釜”。下列金屬的冶煉方法與此相同的是(　　)
A．鈉 B．鋁
C．銀 D．鐵
[學習·理解]
2．下列關于金屬在自然界中存在形態的說法不正確的是(　　)
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形式存在
3．下列說法不正確的是(　　)
A．有些活潑金屬如鋁可作高溫還原法的還原劑
B．可以通過加熱Ag2O的方法制取金屬銀
C．可用焦炭或一氧化碳還原氧化鋁的方法來冶煉鋁
D．回收廢舊金屬可以重新制成金屬或它們的化合物
4．下列化工生產原理錯誤的是(　　)
①可以用電解熔融氯化鈉的方法來制取金屬鈉　②可以將鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂　③用電解法冶煉鋁時，原料是氯化鋁　④煉鐵高爐中所發生的反應都是放熱的，故無需加熱
A．②③ B．①④ C．①②③ D．②③④
5．利用如圖裝置做鋁熱反應實驗，下列說法不正確的是(　　)
B．該反應會產生高溫、發出強光
C．根據鋁熱反應的原理，可以冶煉某些高熔點的金屬
D．若反應中轉移3 mol電子，則消耗氧化劑的物質的
量是1 mol
6．下列關于金屬冶煉的敘述正確的是(　　)
A．工業上可利用鋁熱反應大量冶煉金屬鐵
B．鈉、鋁和銅都可用高溫還原法制備
C．用鋁粉還原磁鐵礦得到9 mol鐵時轉移24 mol e－
D．電解飽和氯化鎂溶液可得金屬鎂
解析：用鋁熱反應大量冶煉金屬鐵的經濟效益差，A錯誤；鈉、鋁用電解法制備，B錯誤；電解熔融MgCl2可制得金屬鎂，D錯誤。
7．金屬與人類生活和社會發展的關系非常密切。
(1)如圖表示金屬活動性順序表中銅、鐵和鋁元素被人類大規模開發、利用的大致年限。
圖中信息可以說明：銅、鐵和鋁的金屬活動性強弱與人類開發、利用它們的時間先后的關系是____________________________________________。金屬鉻(Cr)能溶解在熱的鹽酸中，放出H2，同時生成CrCl2，預測：鉻____(填“能”或“不能”)與硫酸銅溶液反應，理由是____________________________________________。
金屬的活動性越弱，人類開發利用它的時間越早
能
鉻排在氫前，而銅排在氫后，鉻的活動性大于銅
CO2
8．下列有關鋁土礦中提煉鋁的說法不正確的是(　　)
A．鋁土礦中的鋁元素是以化合態形式存在的，需用化學方法把鋁元素變成游離態
B．提煉過程中，先將鋁土礦凈化提取氧化鋁，再進行冶煉
C．在NaAlO2溶液中通入過量CO2可得到Al(OH)3沉淀和Na2CO3溶液
D．冶煉鋁的方法同工業冶煉鈉、鎂相似，可用電解法
解析：在NaAlO2溶液中通入過量CO2可得到Al(OH)3沉淀和NaHCO3溶液。
[應用·實踐]
針對以上五個反應，下列敘述錯誤的是(　　)
A．反應①是非氧化還原反應
B．反應②生成了兩種酸
C．反應④中的TiO2是氧化劑
D．反應⑤表現了金屬鎂比金屬鈦的還原性強
解析：反應④中鈦元素和氧元素化合價未發生改變，Cl2是氧化劑，C錯誤。
11．不同的金屬在冶煉方法上也有所不同，下列說法正確的是(　　)
A．釩、鉻、錳、鐵等難熔金屬通常采用鋁熱法煉制
B．煉鐵是采用氧化劑將鐵從其化合物中氧化出來的方法
C．由于鈉、鎂、鋁等金屬化學性質太活潑，人們通常采用電解熔融狀態下的氯化物的方式來獲取其金屬單質
D．煉鐵時加入的焦炭除了提供熱量外，還用來制造還原劑一氧化碳
解析：鐵用CO還原法煉制，用鋁熱法煉制成本太高，A錯誤；煉鐵是采用還原劑將鐵從其化合物中還原出來的方法，B錯誤；AlCl3是共價化合物，其熔融態不導電，工業上用電解熔融Al2O3的方法制取鋁，C錯誤。
12．實驗室將9 g鋁粉跟一定量的金屬氧化物粉末混合形成鋁熱劑。發生鋁熱反應之后，所得固體中含金屬單質18 g，則該氧化物粉末可能是(　　)
A．Fe2O3和MnO2 B．MnO2和V2O5
C．Cr2O3和V2O5 D．MnO2和Cr2O3
13．孔雀石的主要成分為CuCO3·Cu(OH)2，某同學設計從孔雀石中冶煉金屬銅的方案如下：
①將孔雀石粉碎后加過量的稀硫酸；②將反應后的混合物過濾；
③向濾液中加入一種金屬粉末。
根據上述實驗方案，試回答：
(1)第①步反應中的現象為_________________________________________。
(2)第③步加入的金屬粉末是____，理由是______________________________
______________________。
(3)若向濾液中加入過量生石灰后，過濾，將沉淀加熱灼燒后再通入________ ____________氣體，可制得較純凈的銅。
固體溶解，有無色氣體生成，溶液變成藍色
Fe
鐵的活潑性比銅強，可從溶液中置換出銅(合理即可)
氫氣(答案合理即可)
14．鋁土礦(主要成分Al2O3，還含有SiO2、Fe2O3)是工業上制備金屬鋁的主要原料，工業上提取鋁的工藝流程如下：
(1)試劑a的化學式為________。
(2)步驟③中通入過量CO2，產生沉淀C的離子方程式為___________________
______________________________________。
[創新·提高]
NaOH
(3)步驟③中通入過量CO2氣體而不加入過量鹽酸的理由是________________ ______。
(4)Al2O3中所含化學鍵的類型為________。
(5)工業上用電解熔融Al2O3的方法制備金屬鋁，化學方程式為_____________
_____________________________。
Al(OH)3溶于過量鹽酸
離子鍵
解析：鋁土礦的主要成分為Al2O3，還含有SiO2、Fe2O3等，步驟①中加入過量稀鹽酸溶解，SiO2不反應，過濾后得到的沉淀A為SiO2。濾液甲中含有AlCl3、FeCl3、HCl等，步驟②中加入的過量試劑a為NaOH溶液，AlCl3轉化為NaAlO2，FeCl3則生成Fe(OH)3沉淀，故過濾后的沉淀B為Fe(OH)3。濾液乙中含有NaAlO2、NaOH等，步驟③中通入過量CO2，NaAlO2轉化為Al(OH)3沉淀。

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