(浙江专版)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

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．工业炼铁的反响原理(b/b)3．不锈钢的主要构成元素及其用途(/a)1．常有的铁矿有磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)等，常有的铜矿有黄铜矿(CuFeS2)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]等。2．工业上主要采纳高温冶炼黄铜矿(CuFeS2)的方法获取粗铜后经过电解精华获取精铜。3．常有金属的冶炼方法：①K、Ca、Na、Mg、Al用电解法；②金属活动性次序中Zn～Cu用高温复原法；③Hg、Ag用热分解法；④Cu、Zn还可用湿法冶炼。铁、铜的冶炼1．铁、铜的存在铁、铜在自然界中主要以化合态的形式存在。铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)等。铜矿有黄铜矿(主要成分为CuFeS2)、孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]等。2．铁、铜的初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。所不一样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许单质铜。3．铁的冶炼设施：炼铁高炉。原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。主要反响①复原剂的生成。a.生成CO2：C＋O2高温,CO2，b生成CO：CO2＋C高温,2CO。1②铁的生成：Fe2O3＋3CO高温,2Fe＋3CO2。③炉渣的形成：a.CaCO3高温,CaO＋CO2，b．CaO＋SiO2高温,CaSiO3。[特别提示]使用炼铁高炉获取的是含碳2%～4.5%的生铁，生铁经过进一步冶炼，包含降碳，调硅锰，除硫、磷，获取含碳量0.03%～2%的钢。4．炼铜工业炼铜：工业上采纳高温冶炼黄铜矿(主要成分为CuFeS2)的方法获取铜。复原剂电解精华黄铜矿――→冰铜―→粗铜(含Ag、Au、Fe、Zn等杂质)――→精铜高温(2)生物炼铜(矿堆浸铜法)细菌Fe①原理：CuS――→CuSO4――→Cu。O2②特色：成本低、污染小、反响条件简单等。1．高炉炼铁的生产中，以下说法正确的选项是( )A．焦炭和一氧化碳都是复原剂B．采纳富氧空气能够获取纯铁C．加石灰石的目的主假如为了获取CO2D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿分析：选A高炉炼铁的生产中，焦炭焚烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反响生成一氧化碳，一氧化碳复原铁的氧化物，在反响中焦炭和一氧化碳是复原剂，A正确；采纳富氧空气是为了焦炭能充分焚烧，B不正确；加石灰石的目的主假如为了造渣，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．回答以下对于高炉炼铁的问题：炼铁的原料有______________________________________________________。焦炭的作用有两点：一是____________，化学方程式为_______________________；二是__________，化学方程式为______________________________________________。铁矿石的作用是________，化学方程式(以赤铁矿为例)为_____________________。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，供给能量点燃生成还C＋O2=====CO2高温原剂C＋CO2=====2CO2(3)炼铁基础原料，作氧化剂高温(4)造渣资料高温Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2CaCO3=====CaO＋CO2↑高温CaO＋SiO2=====CaSiO3金属冶炼的方法1．金属的冶炼金属冶炼是把金属从化合态变成游离态的过程。2．金属的开朗性与金属的冶炼方法少量不开朗的金属在自然界中以单质形式存在，如金、铂等。大多数金属以化合态形式存在于自然界，金属越不开朗，从其化合物中复原出来越简单，金属越开朗从其化合物中复原出来越困难。金属开朗性与冶炼方法的关系以下：3．高温复原法的冶炼金属的分类和优、弊端分类优、弊端用氢气复原法冶炼金属，纯度高，但成本也高；用一氧化碳和炭复原法冶炼金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法能够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，金属化合物获取电子发生氧化反响( )(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整正确的选项是()选项冶炼原理方法A△热分解法2HgO=====2Hg＋O2↑3B2Al23通电2↑电解法O(熔融)=====4Al＋3O冰晶石C高温热分解法Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2D高温高温复原法2323分析：选C开朗金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等开朗金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用高温复原法冶炼，不开朗金属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．以下说法不正确的选项是( )A．有些开朗金属如铝可作复原剂法的复原剂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复原氧化铝的方法来冶炼铝D．回收旧金属能够从头制成金属或它们的化合物分析：选C铝能够作复原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3高温,2Fe＋Al2O3；金属钠用电解熔融的NaCl的方法制取；铝是开朗金属，很难用复原剂把它复原出来；回收旧金属能够从头制成金属或它们的化合物。2．当前工业上冶炼铝往常采纳的方法是( )A．CO或H2复原法B．铝热反响法C．电解法D．热分解法分析：选C当前工业上冶炼金属铝采纳的是电解熔融的Al2O3来获取金属铝。3．以下反响能经过置换反响生成铁的是( )①Zn＋FeCl2(溶液)②Na＋FeSO4(溶液)③Fe2O3＋CO(高温)④Fe3O4＋H2(高温)⑤Al＋Fe2O3(引燃)A．①③④⑤B．①②③C．①④⑤D．①②③④⑤分析：选C②中钠先与水反响生成NaOH，再与FeSO4发生复分解反响，其实不可以置换出铁；③该反响固然生成铁，但不是置换反响，其余皆切合题意。4．冶炼金属一般有以下方法：①焦炭法②水煤气(或氢气或一氧化碳)法③开朗金属置换法④电解法。(1)对下表中的金属冶炼方法进行剖析，从上述四种方法中选择相应的序号填入空格中。火烧孔湿法铝热从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中炼雀石炼铜炼铜法炼铬镁4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)。①；②；③；④。分析：(1)火烧孔雀石炼铜是用C复原孔雀石分解获取CuO，选①；湿法炼铜和铝热法炼铬都是利用开朗金属置换较不开朗的金属，选③；光卤石炼镁的反响为通电MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl↑，选④；(2)金属活动性较强的金属、活动性介于Zn～Cu之间的金属、活动性较2弱的金属分别采纳电解法、高温复原法、热分解法冶炼。答案：(1)①③③④高温(2)①2Fe2O3＋3C=====4Fe＋3CO2↑高温3H2＋WO3=====W＋3H2O高温③3MnO2＋4Al=====3Mn＋2Al2O3通电2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑1．以下说法中，不正确的选项是( )A．金属的冶炼，就是利用氧化复原反响原理，在必定条件下将金属从其化合物中复原出来B．冶炼金属时，一定加入一种物质作为复原剂C．金属由化合态变成游离态，都是被复原D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱分析：选B由金属冶炼的方法可知，金属冶炼时，除用高温复原法外，还可用电解法、热分解法，后两种方法不用加入复原剂，B不正确。2．以下化学反响在金属冶炼工业中还没有获取应用的是( )电解A．2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑2125℃B．Al2O3＋3C=====2Al＋3CO↑高温C．Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO25△D．2Ag2O=====4Ag＋O2↑分析：选B当前金属铝的制备方法是电解氧化铝，其余选项中所波及的内容均切合理论和生产实质。3．铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原由是铝拥有( )A．两性B．导电性好C．熔点低D．复原性强，且反响放出大批热分析：选D铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原由一是铝比铁、钒、铬、锰等开朗，铝能把其置换出来；二是反响放出大批的热使反响得以进行，D正确。4．以下反响原理不切合工业冶炼金真实质状况的是( )电解A．MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑700～800℃Ti＋4NaClB．TiCl＋4Na=====4△C．Al2O3＋3H2=====2Al＋3H2O高温D．Fe3O4＋4CO=====3Fe＋4CO2分析：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，金属的冶炼表现了人类文明的发展水平。以下图表示了三种金属被人类开发利用的大概年限，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．金属的活动性强弱分析：选D人类对资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、简单冶炼的金属最初被人发现和利用。6．用H2、C、CO分别与等质量的氧化铁在高温下反响，使氧化铁中的铁所有复原出来，耗费H2、C、CO的质量比为( )6A．1∶1∶1B．1∶3∶14C．1∶6∶14D．2∶1∶23分析：选B由3H2～Fe2O3，2C～Fe2O3,3CO～Fe2O3可知，同样的质量的氧化铁需要的还原剂的质量比为：3(3×2)∶2×12∶(3×28)＝1∶3∶14。高温7．工业上，常用Mg复原法制取金属Ti，反响原理以下：2Mg＋TiCl4=====2MgCl2＋Ti。以下说法正确的选项是( )①该反响属于置换反响；②该反响属于氧化复原反响；③该反响表示Mg比Ti开朗；④Ti被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有宽泛用途。A．只有①②B．只有③④C．只有①②③D．所有分析：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①②正确；在反响中Mg作复原剂，Ti是复原产物，故Mg的复原性比Ti强，③正确；④Ti为性能优秀的金属，宽泛应用于航天工业，④正确。8．用足量的CO复原32.0g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，获取60.0g积淀，则该氧化物是()A．FeOB．Fe2O3C．CuOD．Cu2On(CO2)＝n(CaCO3)＝60.0g分析：选B100g·mol－1＝0.6mol，则氧化物中氧元素也为0.6mol，(O)＝0.6mol×16g·mol－1＝9.6g。金属的质量为32g－9.6g＝22.4g，假定为mFe元素，n(Fe)∶(O)＝22.4g－1∶0.6mol＝2∶3；假定为Cu元素，n(Cu)∶n(O)＝56g·mol22.4g64g·mol－1∶0.6mol＝7∶12。9．冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作复原剂；②利用铝热反响原理复原；③电解法；④分解法。以下金属各采纳哪一种方法复原最正确(用序号填写以下空白)。(1)Fe、Zn、Cu等中等开朗金属：_________________________________________。(2)Na、Mg、Al等开朗或较开朗金属：____________________________________。(3)Hg、Ag等不开朗金属：_____________________________________________。(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属：_______________________________________。分析：开朗的金属，如Na、Mg、Al用电解法冶炼，不开朗的金属，如Hg、Ag用热分解7法冶炼，中等开朗的金属，如Fe、Zn、Cu用高温复原法冶炼，难熔金属如V、Cr、Mn、W等用铝热反响冶炼。答案：(1)①(2)③(3)④(4)②10．铁是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必要的元素。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：写出磁铁矿主要成分的化学式：______________________________________。写出焦炭在高炉中所参加反响的两个化学方程式：________________________________________________________________________。写出CaCO3所参加相关反响的两个化学方程式：________________________________________________________________________。分析：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。高炉炼铁就是用复原剂将铁矿石中的Fe复原出来的过程。答案：(1)Fe3O4高温高温(2)C＋O2=====CO2，CO2＋C=====2CO高温高温(3)CaCO3=====CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2=====CaSiO31．以下对于钙、钾、铜的冶炼方法正确的选项是( )A．电解法、热分解法、热复原法B．电解法、电解法、高温复原法C．高温复原法、热分解法、高温复原法D．电解法、电解法、热分解法分析：选B钙、钾是开朗的金属，应采纳电解的方法冶炼，铜是中等开朗金属，采纳高温复原方法来冶炼。2．以下相关金属冶炼说法不正确的选项是( )A．电解饱和NaCl溶液制备NaB．电解熔融的MgCl2制备MgC．CO复原赤铁矿(Fe2O3)可用于炼铁D．Fe和CuSO4溶液的反响可用于湿法炼铜分析：选AA项，电解饱和氯化钠溶液获取氢气、氯气、氢氧化钠，不可以获取Na单质，错误；B项，电解熔融的氯化镁能够制取Mg，正确；C项，CO拥有复原性，能够复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响获取Cu单质，被称为湿法炼铜，8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，往常采纳的方法是( )A．碳复原法B．铝热法复原C．直接加热法D．盐的水溶液与开朗金属置换法分析：选B冶炼难熔金属往常用铝热法。4．在冶金工业上，均不可以用往常化学复原剂制得的金属组是( )A．Na，Mg，AlB．Na，K，Zn，FeC．Zn，Fe，Cu，AgD．Mg，Al，Zn，Fe分析：选AA项，Na、Mg、Al都是开朗的金属，应当用电解的方法冶炼而不可以用复原剂复原，正确；B项，Na、K用电解法冶炼，而Zn、Fe用高温复原法冶炼，错误；C项，Zn、Fe用高温复原法冶炼，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用高温复原法冶炼，错误。5．以下相关金属的工业制法中，正确的选项是( )A．炼铜：用黄铜矿(主要成分为CuFeS2)直接电解精华获取纯度为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在高温下复原铁矿石中的铁分析：选D电解精华铜时用粗铜作阳极，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存在可逆反响：Na＋＋K，经过调整温度，可利用金属Na来制取K。物质KNaKClNaCl熔点/℃801沸点/℃77488315001413依据上表的熔点和沸点，确立由Na与KCl反响制取K的适合温度为( )A．770℃B．801℃C．850℃D．770～801℃分析：选CK、Na的开朗性邻近，要从上述可逆的置换反响中制取K，主假如利用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蒸气不停逸出，使反响向生成K的方向进行而制得K。在801～883℃合理。7．用铝热法复原以下化合物，若获取金属各1mol，耗费铝最少的是( )9A．MnO2B．Cr2O3C．WO3D．CuO分析：选D获取1mol金属时转移电子的物质的量越少，则耗费Al越少，进而可知，金属的化合价越低，被复原时，需要的电子越少，耗费的铝越少。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△矿与辉铜矿混淆加热有以下反响：Cu2S＋2Cu2O=====6Cu＋SO2↑。以下对于该反响的说法中，正确的选项是( )①该反响中的氧化剂只有Cu2O②Cu2S在反响中既是氧化剂又是复原剂③Cu既是氧化产物又是复原产物④氧化产物与复原产物的物质的量之比为1∶6A．①②B．②③C．①③D．②④分析：选D2既是氧化剂又是复原剂，2该反响中，CuSCuO是氧化剂；Cu是复原产物，2SO是氧化产物。9．已知Al、Cu、Hg三种金属分别用以下方法冶炼：电解△△2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑，H2＋CuO=====Cu＋H2O,2HgO=====2Hg＋O2↑。剖析以上信息，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，并联合题目信息，写出工业上用CaCl2冶炼金属钙的化学方程式________________________________________________________________________。(3)在某些特别环境下，常常用铝热反响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：________________________________________________________________________。分析：(1)金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在状态、金属开朗性相关。一般来说，开朗的金属采纳电解法冶炼(如K、Ca、Na、Mg、Al等)，中等开朗的金属用高温复原法冶炼(如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等)，不开朗的金属用热分解法冶炼(如Hg、Ag等)。(2)Ca是开朗的金属，工业上用电解熔融CaCl2的方法冶炼。金属铝和MnO2发生置换反响生成单质锰和氧化铝。答案：(1)开朗的金属一般采纳电解法冶炼，中等开朗的金属一般采纳高温复原法冶炼，不开朗的金属一般采纳热分解法冶炼电解(2)CaCl2(熔融)=====Ca＋Cl2↑10高温(3)4Al＋3MnO2=====2Al2O3＋3Mn10．钢铁工业对促使经济和社会的发展拥有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。其设施以下图：炼铁的炉料(铁矿石、焦炭、石灰石等)由高炉的顶部投入，原料在降落过程中与高炉气气流在炉身部散发生作用。请回答以下问题：(1)焦炭在炼铁