高中化学从矿物到基础材料第二单元铁铜的获取及应用第1课时从自然界中获取铁和铜学案苏教版.docx

第1课时从自然界中获取铁和铜知识内容必考要求加试要求1.自然界铁、铜的存在形式。2工业炼铁的反应原理。abab目标定位熟知铁的冶炼原理和方法，会写有关的化学方程式。一铁、铜的存在形式1铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在。(1)常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为FeCO3)等。(2)常见的铜矿有孔雀石主要成分为CuCO3Cu(OH)2、黄铜矿(主要成分为CuFeS2)等。2人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。所不同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。归纳总结地壳中存在少量单质铜，但没有单质铁，只有陨铁中含有单质铁。1下列物质中，含铜元素的是()A天石 B孔雀石C赤铁矿 D石灰石答案B解析孔雀石的主要成分为CuCO3Cu(OH)2。二铁的冶炼铁的冶炼(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(2)设备：炼铁高炉。(3)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。(4)工艺流程：从高炉下方鼓入空气与C反应产生CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热的C反应，生成CO；CO在高温下将氧化铁还原为金属铁。(5)铁矿石中含有二氧化硅需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离得到铁水。(6)用这种方法炼出来的铁是含碳2%4.5%的生铁。将生铁进一步炼制，就可以得用途更广泛的钢(含碳0.03%2%)。归纳总结炼铁的主要化学反应(1)还原剂的形成：CO2CO2，CCO22CO。(2)铁的还原：Fe2O33CO2Fe3CO2。(3)炉渣的形成：CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3。提醒炼铁时投进的焦炭转化为CO，CO才是炼铁时的还原剂。炉渣的主要成分是CaSiO3。2高炉炼铁过程中既被氧化又被还原的元素是()A铁 B氮C氧 D碳答案D解析本题考查炼铁原理。基本反应包括：CO2CO2，CO2C2CO,3COFe2O32Fe3CO2。观察上述反应，可知碳元素的化合价既有升高又有降低，氧元素化合价降低，铁元素化合价降低。3下列说法正确的是()A高炉炼铁用于还原氧化铁的还原剂是焦炭B炼铁时，加入石灰石的作用是促进氧化铁的还原C我国最早应用的金属是铜D用于电气工业的铜是由黄铜矿冶炼得到的答案C解析高炉炼铁用到的还原剂是CO，加入的石灰石的作用是除去矿石中的SiO2；电气工业用的铜是精铜，而由黄铜矿冶炼得到的铜是粗铜。1用赤铁矿为原料冶炼铁，应采取的冶炼方法是()A电解法 B热氧化法C热还原法 D热分解法答案C解析铁性质较活泼，通常用热还原法冶炼，C正确。2下列有关金属的工业制法中，正确的是()A制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液B制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝C制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁D制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁答案D解析分别电解熔融的NaCl、MgCl2、Al2O3(和冰晶石)来制取Na、Mg、Al，A、B、C三项均错。3古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子。其冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭按一定比例混合加热到800 ，即得金光闪闪的“药金”。(1)“药金”的主要成分是_。(2)有关冶炼的化学方程式是_。答案(1)Cu、Zn(2)ZnCO3ZnOCO2、2ZnOC2ZnCO2、2Cu2OC4CuCO2解析高温下，ZnCO3分解生成ZnO和CO2，木炭将Cu2O、ZnO分别还原为Cu、Zn。4某实验小组用铜绿CuCO3Cu(OH)2、铁粉和稀硫酸制取铜，实验过程如下：加热铜绿得到一种黑色固体，将铁粉与稀硫酸反应制得的气体通入黑色固体中并加热，充分反应后得到铜。(1)上述实验过程中所发生的化学方程式为_；_；_。(2)某同学将上述实验过程改为将铜绿溶于适量稀硫酸中，然后加入适量铁粉，充分反应后，过滤，也可以得到铜。则所发生的化学方程式为_；_。答案(1)CuCO3Cu(OH)22CuOCO2H2OFeH2SO4(稀)=FeSO4H2CuOH2CuH2O(2)CuCO3Cu(OH)22H2SO4=2CuSO4CO23H2OCuSO4Fe=CuFeSO4解析(1)铜绿受热分解生成CO2、H2O和黑色的CuO，Fe与稀硫酸反应生成FeSO4和H2，H2和CuO共热生成Cu和H2O。(2)铜绿与稀硫酸反应生成CuSO4、CO2和H2O，Fe与CuSO4溶液反应生成Cu和FeSO4。课时作业经典基础题1下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是()A用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁B在加热情况下利用氢气还原氧化铝得到金属铝C用铝热法炼得熔点较高的金属铬D直接加热氧化汞得到金属汞答案B2下列情况下，能通过置换反应得到铁的是()A铜与氯化亚铁溶液常温下混合B一氧化碳通过灼热的三氧化二铁C氢气通入硫酸亚铁溶液D铝和四氧化三铁混合加热到高温答案D3用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO反应制单质铜，有人设计了以下两种方案：FeH2CuCuOCuSO4Cu若按实验原则进行操作，则两者制得单质铜的量()A一样多 B多C多 D无法判断答案C解析方案中，用H2还原CuO时，加热前要先通H2，以排除装置中的空气，以防加热时爆炸，实验结束后需继续通一会儿H2，直到冷却为止，以防止Cu重新被空气中的O2氧化，因此，要制得1 mol Cu需要的H2多于1 mol，即需要的Fe多于1 mol。故等量的Fe按方案制得Cu的量多。4纯铁的熔点为1 535 ，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200 左右就熔化了，这是因为()A铁的纯度越高熔点越低B合金的熔点比其成分物质的熔点高C生铁形成了铁碳合金，所以熔点变低D在高炉中熔化的过程中发生了化学反应答案C解析合金的熔点一般低于其成分物质的熔点。生铁的熔点低是因为Fe和C形成了合金。5硅在自然界中只以化合态形式存在，如铁矿石中的硅主要以脉石(SiO2)的形式存在。炼铁时为了除去脉石，向炼铁高炉中加入石灰石。该过程不可能涉及的化学反应是()ACaCO3CaOCO2B2FeOSi2FeSiO2CSiO23CSiC2CODCaOSiO2CaSiO3答案B解析高温下石灰石首先分解产生CaO和CO2，生成的生石灰(碱性氧化物)可与SiO2(酸性氧化物)反应实现高炉造渣；生成的CO2可与碳反应提供一部分还原剂CO。因无单质硅，所以没有B项所给的反应发生。6已知：Cu2O2H=Cu2CuH2O,3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，为检验某金属铜粉末样品中是否含有Cu2O，某同学设计了如下方案，其中不合理的是()A将足量CO通过灼热样品，冷却后称量，若固体质量减小，则含有Cu2OB将干燥的H2通过灼热样品，再通过无水硫酸铜，若无水硫酸铜变蓝，则含有Cu2OC取少量样品，加入稀硝酸，充分振荡后若观察到溶液呈蓝色，则含有Cu2OD取少量样品，加入稀硫酸，充分振荡后若观察到溶液呈蓝色，则含有Cu2O答案C解析将足量CO通过灼热样品，冷却后称量，若固体质量减小，说明含有氧化物，则含有Cu2O，A正确；如含有Cu2O，在加热条件下通入氢气，则生成水，通过无水硫酸铜，若无水硫酸铜变蓝，B正确；铜和Cu2O都可与稀硝酸发生氧化还原反应生成铜离子，不能确定是否含有Cu2O，C错误；将固体加入到稀硫酸中，如溶液变蓝色，则含有Cu2O，D正确。7用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到60.0 g沉淀，则该氧化物是()AFeO BFe2O3 CCuO DCu2O答案B解析n(CO2)n(CaCO3)0.6 mol，则该氧化物中n(O)0.6 mol，m(O)0.6 mol16 gmol19.6 g。金属的质量为32 g9.6 g22.4 g，假设为Fe元素，n(Fe)n(O)0.6 mol23；假设为Cu元素，n(Cu)n(O)0.6 mol712。故B项正确。能力提升题8铜器长期暴露在潮湿空气中，它的表层往往含有“铜绿”(碱式碳酸铜)，它受热易分解。为了从铜绿中制得铜，并测定铜绿在混合物中的质量分数，把铜绿样品放在试管中，与通入的纯净氢气在加热条件下发生反应，实验装置如下图。请回答下列有关问题：(1)A处应选用下列装置中的_(填写序号)(铁架台已省去)。选用的理由是_。(2)反应开始前，对整个实验装置必须进行的操作是_；反应进行时，最好先_，反应完毕后，若不改变原装置的连接，应先_，再_，这样做的理由是_，待试管冷却后再_，实验过程中观察到试管底部的现象是_。(3)实验完成后，要测定铜绿在混合物中的质量分数，还需测定的实验数据是_。答案(1)丙因反应有水生成，试管口应略向下倾斜，低于试管底部，防止冷凝水倒流到试管底部而使试管炸裂；通入氢气的导管应通入试管底部，有利于排尽装置内空气(2)称量样品质量，检查装置气密性，称量装置D(含氢氧化钠溶液)质量通入氢气后加热撤去导气管熄灭酒精灯防止硫酸倒流停止通氢气固体由绿色变成黑色，最后变成光亮的红色(3)实验后装置D的质量解析实验原理Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O，CuOH2CuH2O。(1)A处给固体加热，又要用氢气还原氧化铜，将两个实验合二为一，选择丙；理由为一是加热固体有水生成，试管口必须向下倾斜；二是氢气还原氧化铜，氢气要通入试管底部，便于排尽装置内空气。(2)反应前除称量样品质量外，还要检查装置气密性，称量D(含氢氧化钠溶液)质量。反应进行时，要先通气，后加热。反应完毕后，要先将B中的导气管升高至离开液面，再熄灭酒精灯，以防止液体倒流。继续通入氢气至试管冷却，防止赤热铜被氧化生成氧化铜。试管过程中可以观察到：试管内固体由绿色变成黑色，最后变成亮红色。(3)要测定样品中铜绿质量分数，还需测定D装置实验后的质量，D装置溶液净增质量等于吸收的二氧化碳质量，根据二氧化碳质量求铜绿质量。注意：A 铜绿中含有铜，不能根据反应后铜的质量计算铜绿质量；B、加热铜绿和氢气还原氧化铜都产生水，故不能根据B、C增重质量，即反应生成水的质量来计算铜绿的质量分数。9工业上可采用多种方法炼铜。(1)在地下利用爆破粉碎孔雀石Cu2(OH)2CO3，再注入稀硫酸原地浸取，将浸取液抽到地表，加入铁屑制得铜。则该方法中冶炼铜的有关化学方程式为_；_。(2)利用一氧化碳还原赤铜矿(Cu2O)冶炼铜。实验室可用如图所示装置进行实验，当硬质玻璃管中的反应结束时，应进行的实验操作是_。(3)利用辉铜矿(Cu2S)冶炼铜的原理如下：.取一定质量的Cu2S在空气中高温焙烧，完全反应后生成一种铜的氧化物和二氧化硫；.再取上述一半质量的Cu2S，与中生成的铜的氧化物混合均匀，隔绝空气高温煅烧，恰好完全反应，生成铜和二氧化硫。结合质量守恒定律，推断这种铜的氧化物的化学式。答案(1)Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO43H2OCO2CuSO4Fe=CuFeSO4(2)先停止加热，继续通一氧化碳，防止新生成的铜被再次氧化(3)Cu2O解析(1)Cu2(OH)2CO3与稀硫酸反应生成CuSO4、CO2和H2O，化学方程式为Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO43H2OCO2；加入铁屑后，铁和硫酸铜发生置换反应生成铜和硫酸亚铁，化学方程式为CuSO4Fe=CuFeSO4。(2)反应结束时，先停止加热，继续通一氧化碳，直至试管冷却，防止新生成的铜被再次氧化。(3)设n(Cu2S)1 mol，反应生成的铜的氧化物为CuxOy。由题意和Cu原子守恒可知，Cu2SCuxOy，Cu2SCuxOy3CuSO2，由O原子守恒，1，则xy21，即该铜的氧化物为Cu2O。10碱式碳酸铜可表示为xCuCO3yCu(OH)2zH2O，测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。(1)现采用氢气还原法，请回答如下问题：写出xCuCO3yCu(OH)2zH2O与氢气反应的化学方程式：_；实验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是(填入仪器接口字母编号)：(a)()()()()()()()()()()(l)称取24.0 g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.8 g残留物，生成4.4 g二氧化碳和7.2 g水。该样品的结晶水质量为_ g，化学式为_。(2)某同学以氮气代替氢气，并且上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由：_。答案(1)xCuCO3yCu(OH)2zH2O(xy)H2(xy)CuxCO2(x2yz)H2Oajkgf(或hi)de(或ed)hi(或gf)bc(或cb)l1.8CuCO3Cu(OH)2H2O(2)可以。根据反应xCuCO3yCu(OH)2zH2O(xy)CuOxCO2(yz)H2O，依据碱式碳酸铜样品、CuO、CO2和H2O质量(或其中任意三个量)，即可计算出其组成解析(1)应用原子守恒正确地写出xCuCO3yCu(OH)2zH2O与氢气的反应方程式；根据实验目的和实验装置可知，该实验要测定生成的水、二氧化碳的量，而从a出来的氢气中含有水蒸气和挥发出的氯化氢气体，会对实验有干扰，故应先用水吸收