（浙江专版）2017-2018学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 第一课时 从自然界获取铁和铜学案 苏教版必修1.doc

第一课时 从自然界获取铁和铜 考试要求1自然界铁、铜的存在形式(a/ a)2工业炼铁的反应原理(b/ b)3不锈钢的主要组成元素及其用途(/ a) 1常见的铁矿有磁铁矿(fe3o4)、赤铁矿(fe2o3)等，常见的铜矿有黄铜矿(cufes2)、孔雀石cuco3cu(oh)2等。2工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(cufes2)的方法获得粗铜后经过电解精炼得到精铜。3常见金属的冶炼方法：k、ca、na、mg、al用电解法；金属活动性顺序中zncu用高温还原法；hg、ag用热分解法；cu、zn还可用湿法冶炼。 1铁、铜的存在铁、铜在自然界中主要以化合态的形式存在。(1)铁矿有磁铁矿(主要成分为fe3o4)、赤铁矿(主要成分为fe2o3)等。(2)铜矿有黄铜矿(主要成分为cufes2)、孔雀石主要成分为cuco3cu(oh)2等。2铁、铜的早期获取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。3铁的冶炼(1)设备：炼铁高炉。(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(3)主要反应还原剂的生成。a.生成co2：co2高温,co2，b生成co：co2c高温,2co。铁的生成：fe2o33co高温,2fe3co2。炉渣的形成：a.caco3高温,caoco2，bcaosio2高温,casio3。特别提醒使用炼铁高炉得到的是含碳2%4.5%的生铁，生铁经过进一步冶炼，包括降碳，调硅锰，除硫、磷，得到含碳量0.03%2%的钢。4炼铜(1)工业炼铜：工业上采用高温冶炼黄铜矿(主要成分为cufes2)的方法得到铜。黄铜矿冰铜粗铜(含ag、au、fe、zn等杂质)精铜(2)生物炼铜(矿堆浸铜法)原理：cuscuso4cu。特点：成本低、污染小、反应条件简单等。1高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是()a焦炭和一氧化碳都是还原剂b采用富氧空气可以得到纯铁c加石灰石的目的主要是为了得到co2d用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿解析：选a高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，a正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，b不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，c不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，d不正确。2回答下列关于高炉炼铁的问题：(1)炼铁的原料有_。(2)焦炭的作用有两点：一是_，化学方程式为_；二是_，化学方程式为_。(3)铁矿石的作用是_，化学方程式(以赤铁矿为例)为_。(4)生石灰的作用是_，化学方程式为_。答案：(1)铁矿石、焦炭、空气、石灰石(2)燃料，提供能量co2co2生成还原剂cco22co(3)炼铁基础原料，作氧化剂fe2o33co2fe3co2(4)造渣材料caco3caoco2caosio2casio3 1金属的冶炼金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。2金属的活泼性与金属的冶炼方法(1)少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在，如金、铂等。大部分金属以化合态形式存在于自然界，金属越不活泼，从其化合物中还原出来越容易，金属越活泼从其化合物中还原出来越困难。(2)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：3高温还原法的冶炼金属的分类和优、缺点(1)分类(2)优、缺点用氢气还原法冶炼金属，纯度高，但成本也高；用一氧化碳和炭还原法冶炼金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法可以冶炼熔点高难冶炼的金属，成本较高。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)在自然界中金属都以化合态存在()(2)在金属化合物中金属元素都显正价()(3)金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生氧化反应()(4)金属的活动性越强，即金属失电子的能力越强()答案：(1)(2)(3)(4)2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a2hgo2hgo2热分解法b2al2o3(熔融)4al3o2电解法ccu2so22cuso2热分解法dfe2o32al2feal2o3高温还原法解析：选c活泼金属k、ca、na、mg、al等用电解法冶炼，中等活泼金属zn、fe、sn、pb、cu等用高温还原法冶炼，不活泼金属hg、ag利用热分解法冶炼，故a、b、d正确。c错误，c项为火法炼铜。三级训练节节过关1下列说法不正确的是()a有些活泼金属如铝可作还原剂法的还原剂b用电解熔融的nacl的方法来冶炼金属钠c可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝d回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物解析：选c铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2alfe2o3高温,2feal2o3；金属钠用电解熔融的nacl的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。2目前工业上冶炼铝通常采用的方法是()aco或h2还原法b铝热反应法c电解法 d热分解法解析：选c目前工业上冶炼金属铝采用的是电解熔融的al2o3来得到金属铝。3下列反应能通过置换反应生成铁的是()znfecl2(溶液)nafeso4(溶液)fe2o3co(高温)fe3o4h2(高温)alfe2o3(引燃)a bc d解析：选c中钠先与水反应生成naoh，再与feso4发生复分解反应，并不能置换出铁；该反应虽然生成铁，但不是置换反应，其余皆符合题意。4冶炼金属一般有下列方法：焦炭法水煤气(或氢气或一氧化碳)法活泼金属置换法电解法。(1)对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入空格中。火烧孔雀石炼铜湿法炼铜铝热法炼铬从光卤石(kclmgcl26h2o)中炼镁(2)各列举一个使用上述方法冶炼金属的例子(用化学方程式表示)。_；_；_；_。解析：(1)火烧孔雀石炼铜是用c还原孔雀石分解得到cuo，选；湿法炼铜和铝热法炼铬都是利用活泼金属置换较不活泼的金属，选；光卤石炼镁的反应为mgcl2(熔融)mgcl2，选；(2)金属活动性较强的金属、活动性介于zncu之间的金属、活动性较弱的金属分别采用电解法、高温还原法、热分解法冶炼。答案：(1)(2)2fe2o33c4fe3co23h2wo3w3h2o3mno24al3mn2al2o32nacl(熔融)2nacl21下列说法中，不正确的是()a金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来b冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂c金属由化合态变为游离态，都是被还原d金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱解析：选b由金属冶炼的方法可知，金属冶炼时，除用高温还原法外，还可用电解法、热分解法，后两种方法不用加入还原剂，b不正确。2下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是()a2nacl(熔融)2nacl2bal2o33c2al3cocfe2o33co2fe3co2d2ag2o4ago2解析：选b目前金属铝的制备方法是电解氧化铝，其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。3铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因是铝具有()a两性b导电性好c熔点低d还原性强，且反应放出大量热解析：选d铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因一是铝比铁、钒、铬、锰等活泼，铝能把其置换出来；二是反应放出大量的热使反应得以进行，d正确。4下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是()amgcl2(熔融)mgcl2bticl44nati4naclcal2o33h22al3h2odfe3o44co3fe4co2解析：选c工业上用电解al2o3的方法制取单质al。5从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于()a金属的导电性强弱b金属在地壳中的含量多少c金属的化合价高低d金属的活动性强弱解析：选d人类对材料的使用经历了一个由易到难，由简单到复杂的过程，所以金属活动性较差、容易冶炼的金属最先被人发现和利用。6用h2、c、co分别与等质量的氧化铁在高温下反应，使氧化铁中的铁全部还原出来，消耗h2、c、co的质量比为()a111 b1314c1614 d212解析：选b由3h2fe2o3，cfe2o3,3cofe2o3可知，相同的质量的氧化铁需要的还原剂的质量比为：(32)(328)1314。7工业上，常用mg还原法制取金属ti，反应原理如下：2mgticl42mgcl2ti。下列说法正确的是()该反应属于置换反应；该反应属于氧化还原反应；该反应表明mg比ti活泼；ti被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有广泛用途。a只有 b只有c只有 d全部解析：选d由单质mg从化合物ticl4中置换出金属ti，化合价发生变化，故正确；在反应中mg作还原剂，ti是还原产物，故mg的还原性比ti强，正确；ti为性能优良的金属，广泛应用于航天工业，正确。8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 bfe2o3ccuo dcu2o解析：选bn(co2)n(caco3)0.6 mol，则氧化物中氧元素也为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。9冶炼金属常用以下几种方法：以c、co或h2作还原剂；利用铝热反应原理还原；电解法；分解法。下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)。(1)fe、zn、cu等中等活泼金属：_。(2)na、mg、al等活泼或较活泼金属：_。(3)hg、ag等不活泼金属：_。(4)v、cr、mn、w等高熔点金属：_。解析：活泼的金属，如na、mg、al用电解法冶炼，不活泼的金属，如hg、ag用热分解法冶炼，中等活泼的金属，如fe、zn、cu用高温还原法冶炼，难熔金属如v、cr、mn、w等用铝热反应冶炼。答案：(1)(2)(3)(4)10铁是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。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)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：_。(3)写出caco3所参与有关反应的两个化学方程式：_。解析：赤铁矿主要成分为fe2o3，磁铁矿主要成分为fe3o4，铁元素在这两种矿石中均以化合态形式存在。高炉炼铁就是用还原剂将铁矿石中的fe还原出来的过程。答案：(1)fe3o4(2)co2co2，co2c2co(3)caco3caoco2，caosio2casio31下列关于钙、钾、铜的冶炼方法正确的是()a电解法、热分解法、热还原法b电解法、电解法、高温还原法c高温还原法、热分解法、高温还原法d电解法、电解法、热分解法解析：选b钙、钾是活泼的金属，应采用电解的方法冶炼，铜是中等活泼金属，采用高温还原方法来冶炼。2下列有关金属冶炼说法不正确的是()a电解饱和nacl溶液制备nab电解熔融的mgcl2制备mgcco还原赤铁矿(fe2o3)可用于炼铁dfe和cuso4溶液的反应可用于湿法炼铜解析：选aa项，电解饱和氯化钠溶液得到氢气、氯气、氢氧化钠，不能得到na单质，错误；b项，电解熔融的氯化镁可以制取mg，正确；c项，co具有还原性，可以还原金属氧化物为金属单质，正确；d项，fe与硫酸铜发生置换反应得到cu单质，被称为湿法炼铜，正确。3工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是()a碳还原法b铝热法还原c直接加热法d盐的水溶液与活泼金属置换法解析：选b冶炼难熔金属通常用铝热法。4在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是()ana，mg，al bna，k，zn，feczn，fe，cu，ag dmg，al，zn，fe解析：选aa项，na、mg、al都是活泼的金属，应该用电解的方法冶炼而不能用还原剂还原，正确；b项，na、k用电解法冶炼，而zn、fe用高温还原法冶炼，错误；c项，zn、fe用高温还原法冶炼，而cu、ag用热分解的方法冶炼，错误；d项，mg、al用电解法冶炼，而zn、fe用高温还原法冶炼，错误。5下列有关金属的工业制法中，正确的是()a炼铜：用黄铜矿(主要成分为cufes2)直接电解精炼得到纯度为99.9%的铜b制铝：工业上电解熔融氯化铝来制备铝c制钠：电解饱和nacl溶液d炼铁：用co在高温下还原铁矿石中的铁解析：选d电解精炼铜时用粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜作电解液进行电解，a项错误；工业上电解熔融的氧化铝制备铝，b项错误；制取钠时电解的是熔融的氯化钠，c项错误，d项正确。6在熔融状态下，na与kcl存在可逆反应：nakclnaclk，通过调整温度，可利用金属na来制取k。物质knakclnacl熔点/63.697.8770801沸点/7748831 5001 413根据上表的熔点和沸点，确定由na与kcl反应制取k的合适温度为()a770 b801 c850 d770801 解析：选ck、na的活泼性相近，要从上述可逆的置换反应中制取k，主要是利用k的沸点比na的低而控制温度使k汽化。其余三种物质均为液体，便于生成的k蒸气不断逸出，使反应向生成k的方向进行而制得k。在801883 合理。7用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol，消耗铝最少的是()amno2 bcr2o3cwo3 dcuo解析：选d得到1 mol金属时转移电子的物质的量越少，则消耗al越少，从而可知，金属的化合价越低，被还原时，需要的电子越少，消耗的铝越少。8赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(cu2o)，辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(cu2s)，将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应：cu2s2cu2o6cuso2。下列对于该反应的说法中，正确的是()该反应中的氧化剂只有cu2ocu2s在反应中既是氧化剂又是还原剂cu既是氧化产物又是还原产物氧化产物与还原产物的物质的量之比为16a bc d解析：选d该反应中，cu2s既是氧化剂又是还原剂，cu2o是氧化剂；cu是还原产物，so2是氧化产物。9已知al、cu、hg三种金属分别用如下方法冶炼：2al2o3(熔融)4al3o2，h2cuocuh2o,2hgo2hgo2。(1)分析以上信息，可总结出金属冶炼方法与金属活动性强弱之间的关系是_。(2)利用(1)中的结论，并结合题目信息，写出工业上用cacl2冶炼金属钙的化学方程式_。(3)在某些特殊环境下，往往用铝热反应来冶炼一些难熔金属，请据此法写出用mno2冶炼金属锰的化学方程式：_。解析：(1)金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在状态、金属活泼性有关。一般来说，活泼的金属采用电解法冶炼(如k、ca、na、mg、al等)，中等活泼的金属用高温还原法冶炼(如zn、fe、sn、pb、cu等)，不活泼的金属用热分解法冶炼(如hg、ag等)。