金属的冶炼方法 人教版
- 格式:doc
- 大小:1.26 MB
- 文档页数:7
金属的冶炼方法【基础知识导引】在化学史上,金、银、铜等重金属发现较早,轻金属则发现较迟,如钾、钠等直到19世纪才被发现,思考一下,这是什么原因.【重点难点解析】重点讲解1.金属冶炼的原理金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属阳离子得到电子,生成金属的单质.在自然界中,以游离态存在的金属较少,只有一些化学性质不活泼的金属,如金、铂等.而化学性质比较活泼的金属,总以化合态存在于自然界中.2.冶炼金属的方法由于金属的化学活动性不同,金属离子得电子还原成金属单质的能力也不相同,因此就要采用不同的冶炼方法.常见的冶炼方法有:(1)热分解法:适用于冶炼金属活动性较差的金属,如汞与银.(2)热还原法:适用于金属活动性介于镁—铜之间的大多数金属的冶炼.是用还原剂(如碳、一氧化碳、氢气、铝等)还原金属氧化物.如:(3)电解法:适用于冶炼活动性很强的金属,如镁、铝等.一般在金属活动性顺序中排在铝前面的金属.由于这些金属很容易失去电子,所以他们的阳离子很稳定,一般的还原剂无法将他们还原出来,所以要外加电子,即通电分解它们的熔融盐或氧化物的方法来制得.有时一些不太活泼的金属,如铜、银等,也可以用电解它们的盐溶液的方法制得.如:3.从金属矿石中提炼金属的步骤第一步:富集矿石,除去杂质,提高矿石中有用成分的含量.第二步:冶炼.利用氧化还原反应原理.在一定的条件下,用还原剂把金属离子还原成金属单质.第三步:精炼.采用一定的方法,提炼纯金属.4.金属的回收和资源保护地球上的金属矿产资源是有限的,且不能再生.废金属弃之不用,不仅会污染环境,而且是资源的极大浪费.(1)废旧金属的最好处理方法是作为一种资源,回收利用.(2)回收利用的好处在于:减少垃圾量,保护环境,减少污染:缓解自然界中资源短缺的矛盾.例如:(1)从电解精炼铜的阳极泥中,回收金、银等贵金属(2)从定影液中回收金属银(3)废铁屑可以制取绿矾5.部分金属的主要化学性质1.铝的冶炼原料:氧化铝)(32O Al ,冰晶石)(63AlF Na原理:电解熔融的氧化铝主要设备:铝电解槽,以碳作为电极材料 冰晶石的作用:助熔剂,降低氧化铝的熔点 2.生铁的冶炼原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石(造渣剂,除去矿石中的脉石2SiO ) 原理:在高温下,利用还原剂——氧化碳将从铁矿石中还原出来主要设备:高炉 主要反应过程:(1)还原剂的生成:(2)生铁的生成: 高温下,铁和碳及其他的金属、非金属元素形成合金即生铁.(3)炉渣的形成:高熔点的二氧化硅变成熔点较低的硅酸钙等熔化后形成炉渣除去.3.钢和冶炼原料:生铁、空气(纯氧气)、生石灰、脱氧剂(硅铁、锰铁等)原理:在高温下,用氧化剂把生铁中过多的碳和其他的杂质氧化成气体或炉渣除去,同时调整合金元素至规定的范围内.设备:氧气顶吹转炉 【难题巧解点拨】例1 冶炼金属一般有下列四种方法:①焦炭法;②水煤气(或氢气或一氧化碳)法;③活泼金属置换法;④电解法.四种方法在工业上均有应用.古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ)湿法炼铜;现代有(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁,对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )A .(Ⅰ)用①B .(Ⅱ)用②C .(Ⅲ)用③D .(Ⅳ)用④解析:本题考察知识点是活动性不同的金属的冶炼方法.对于(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ):,符合①(Ⅱ):Cu FeSO CuSO Fe ++44,符合③(Ⅲ):,符合③(Ⅳ):先从光卤石中提取2MgCl ,再电解2MgCl,符合④答案:B点悟:本题的关键点是要熟悉一些金属的冶炼方法,如湿法炼铜等.选择金属的冶炼方法与金属在自然界的存在形态,与金属的活动性有关.例2 随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题提到议事日程,其首要原因是( ) A .利用电池外壳的金属材料B .防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C .不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D .回收其中石墨电极解析:本题考察的知识点是金属的回收和资源的保护.回收废电池的首要原因是防止废电池中渗漏的重金属离子对土壤与水资源产生污染,而对废电池的综合利用是第二位的.答案:B点悟:解答本题的关键点是要对社会生活中的一些热点问题,例如环境保护的知识要有所了解.从保护环境的角度来思考问题.【拓展延伸探究】例1 用黄铜矿炼铜按照反应物和生成物可以将总反应写成:23222SO FeSiO Cu O SiO CuFeS ++−→−++事实上冶炼过程是分成几步进行的:①黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铜和硫化亚铁;②硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁,并与二氧化硅反应生成矿渣;③硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜;④硫化亚铜和氧化亚铜反应生成铜.(1)写出上述各个步骤的反应的化学方程式.(2)写出总反应化学方程式的系数.(3)据最新报道,有一种叫Thibacillusferroxidans的细菌在氧气存在的条件下就可以将黄铜矿氧化成硫酸盐,反应是在酸性溶液中进行的,试写出化学方程式.解析:本题考察的知识点是根据题目中的内容,结合所学的金属的冶炼方法,考查学生书写化学方程式的灵活性和技巧性.这是一道知识拓展型的题目.根据题目给出的用黄铜矿冶炼铜的总的反应方程式,以及FeS的燃烧反应,不难写出每一步的化学方程冶炼过程分成四步进行的每一步的反应原理,并联系运用了2式.题目中所给的细菌只是起到催化剂的作用,生成物中的硫酸盐只能是硫酸铜与硫酸铁,所以酸性溶液就只能是硫酸溶液.答案:(1)①②③④(2)(3)点悟:解题的关键点是要熟悉一些金属的冶炼方法,技巧点在于灵活运用所学知识进行知识的迁移.例2 工业上制铝流程图如下:试求制取1t三氧化铝所需铝土矿和氢氧化钠的质量.解析:本题考察的知识点是铝的冶炼方法及实际冶炼过程中原料所需量结合的综合题.其难点在于对表中数据的分析.由于氧化铁在这个反应过程中的量是守恒的,因而从氧化铁在铝土矿和赤泥中的含量,可以求出赤泥质量为铝土矿质量的1/3.从流程图可以知道A为氢氧化钠,它使氧化铝变为偏铝酸钠,然后通入二氧化碳转变为氢氧化铝.氧化铁不与氢氧化钠反应,氢氧化钠也将氧化铁从铝土矿中全部转移到赤泥中去了.答案:设需要铝土矿质量为m,则m·55%-1/3·m15%=1t解得:m=2t,即需要铝土矿2t.需要氢氧化钠的量:由于氢氧化钠循环使用,因此需要补充的氢氧化钠的量即为留在赤泥中的氢氧化钠的量:1/3×2t×8%×80/62=0.069t点悟:解题的关键点是抓住氧化铁在整个反应过程中是守恒的.利用它的量不变,可以迅速的得出等式,解出答案.易错点在于不会数据的分析,不能推出氧化铁和氢氧化钠在整个流程中的作用.【命题趋势分析】阅读课外书籍,联系实际,开拓视野,学会知识的迁移.本节内容书本上的知识并不难,可以通过自学来掌握.但是金属的冶炼与金属的回收利用与社会、生活、环境保护之间的联系比较多,也就是与实际联系的内容较多.这些知识不是课本上面所能学全的,书本上更多的是一些基本知识点的归纳和总结,是一些学习方法的传授.所以我们应该给自己定一些目标,去多看看课本以外的书籍,开阔我们的视野.本节内容虽然不是很多,但是考察的知识点包括了所学的一些常见金属的性质和在反应中表现出来的变化.因此在解答具体问题时,要学会分析问题,找出新旧知识点上的异同点,学会知识的迁移和灵活运用.【同步达纲练习】1.我国是世界上文明发源最早的国家之一.我国掌握炼铁技术的年代是( ) A .商代 B .春秋初年 C .南宋时期 D .唐代 2.工业上冶炼难熔的金属如:钒、铬、锰等,通常所用的方法是( ) A .热分解法 B .电解法 C .一氧化碳还原法 D .铝热反应法 3.有0.4g 铁的氧化物,用足量的一氧化碳在高温下将其还原,将生成的全部二氧化碳通入足量的澄清石灰水中,得到0.75g 固体沉淀.这种铁的氧化物的化学式是( )A .FeOB .32O FeC .43O FeD .上述三种的混合物4.通常所说的不锈钢是指( ) A .锰钢 B .钨钢 C .高碳钢 D .镍铬钢 5.电解熔融的氧化铝时,如果有54g 的铝生成,则需要消耗的电子的物质的量为( ) A .18mol B .2mol C .6mol D .1mol 6.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是( ) A .除去生铁中的各种杂质,把生铁提纯B .适当降低生铁里的含碳量,除去大部分硫、磷等有害杂质C .用还原剂把铁的氧化物还原成铁D .加入合金元素改善生铁性能7.下列化学反应,能置换出铁的是( )A .锌与氯化铁溶液B .钠和氯化亚铁溶液C .一氧化碳和赤铁矿粉末(高温)D .铝和四氧化三铁(高温)8.用氢气、碳、一氧化碳分别与等质量的氧化铜在高温下反应,使氧化铜中的铜全部还原出来,消耗氢气、碳、一氧化碳的质量比是( )A .1∶1∶1B .1∶3∶14C .1∶6∶14D .2∶1∶2 9.用铝还原下列化合物,制得金属各1mol ,需要铝最少的是( )A .2MnOB .3WOC .43O FeD .32O Cr10.单质A 能从盐溶液中置换出单质B ,则下列说法中,不正确的是( ) A .当A 、B 都是金属时,A 一定比B 的活动性强 B .当A 、B 都是非金属时,A 一定比B 的活动性强 C .当A 是金属时,B 可能是金属,也可能是非金属 D .当A 是非金属时,B 可能是金属,也可能是非金属11.冶炼金属常常用以下几种方法;(1)以C 、2H 、CO 等做还原剂还原;(2)电解法;(3)热分解法;(4)铝热反应.这些方法各适用于冶炼那些金属? (1)法适用于_____________________;(2)法适用于_____________________;(3)法适用于_____________________;(4)法适用于_____________________.12.古代的“药金”外观与金相似,常常被认为是金子,冶炼方法如下:将碳酸锌、赤铜(O Cu 2)、木炭混合加热到800℃得到金光闪闪的“药金”. (1)“药金”的主要成分是__________________________________________; (2)有关冶炼的化学方程式是_________________________________________.13.某河道两旁有甲与乙两个化工厂,它们排放的工业废水中共含有+K 、+Ag 、+3Fe 、-Cl 、-OH 、-3NO 六种离子.甲厂的废水明显显碱性,所以甲厂废水中含有的三种离子是__________、___________、__________. 乙厂的废水中含有另外三种离子.如果加一定量的____________(选填:活性炭、硫酸亚铁、铁粉),可以回收其中的金属是________________(写元素符号).14.工业上用铝土矿(主要成分是三氧化二铝)为原料制取铝.其流程如下,其中C 物质过去常用于去油污,而E 在建筑业上有广泛的用途.写出各步的化学方程式.反应(1)_______________________________________________________________. 反应(2)_______________________________________________________________. 反应(3)_______________________________________________________________. 反应(4)_______________________________________________________________. 反应(5)_______________________________________________________________.15.用含铁60%的赤铁矿100t 冶炼生铁,在冶炼过程中损失氧化铁2%,计算可以冶炼出含铁量为96%的生铁多少吨?参考答案【同步达纲练习】1.B (点拨:春秋时期,战争频繁,兵器发展快,需要大量用钢铁制成的兵器,所以冶炼铁的技术发展起来了)2.D (点拨:高熔点的金属用铝热法制备,因为铝热反应时,发热多,温度高,适合高熔点金属的制备)3.B (点拨:设铁的氧化物的化学式为y x O Fe ,写出化学方程式,求解)4.D (点拨:记住一些生活中常见的物质的组成)5.C (点拨:氧化铝中的铝为+3价,还原成铝单质需要得到3个电子,题目中的铝共有2mol ,则需要电子为6mol )6.B (点拨:碳素钢的含碳量低于生铁,硫磷等成分也较少) 7.D (点拨:题目要求是置换反应,所以C 选项不符合)8.B (点拨:分别写出有关方程式,找出氧化铜与三种还原剂的关系) 9.C (点拨:比较金属元素的化合价,最低的价态的金属得电子是最少的) 10.D (点拨:找出典型例子加以对照) 11.(1)铁、铜、锌等一类中等活泼金属的冶炼 (2)活泼金属钾、钠等的冶炼(3)银、汞等一类不活泼金属的冶炼 (4)高熔点金属的冶炼,如铬、锰等 12.(1)铜与锌(2)13.-OH 、+K 、-Cl ;铁、Ag .14.(1)(2)323222)(232CO Na OH Al O H CO NaAlO +↓++ (3)NaOH CaCO OH Ca CO Na 2)(3232+↓+(4)(5)15.61.25t (点拨:氧化铁的损失也就是铁的损失,一起算在铁的上面.铁的质量为:100t ×60%×98%=58.8t 58.8t ÷96%=61.25t )。
金属的冶炼●教学目的要求1、使学生了解金属冶炼的一般原理。
2、常识性介绍金属回收的重要意义,树立资源保护意识。
●教学重点、难点:教学重点:金属冶炼的一般原理。
教学难点:不同金属的不同冶炼方法。
.教学过程引导学生浏览网站中“我国古代冶金技术〞;“常见的金属矿石〞两部分内容,提出,我国古代的冶金技术已经达到很高的水平,比如大家看到的精美的青铜器就是一个例证。
提出问题:金属在自然界存在有游离态也有化合态,那么如何从化合态的矿石中的金属冶炼出来呢?这就是本节课我们要一起来学习和探讨的内容。
一:金属的冶炼1.提出问题让学生思考:〔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?你们觉得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?〔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〕用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.引导学生进行学习,并提供适当帮助和指导,对学生学习中碰到的问题,作个别辅导。
14对典型的问题答案进行展示:问题〔4〕:通常将矿石在空气中煅烧成氧化物,再用还原剂还原如用硫铁矿炼铁:4FeS2+11O2=2O3+8SO2Fe2O3+=2Fe+3CO2金属冶炼的一般规律:K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au电解法热还原法热分解法物理提取法1.直接加热法2HgO2Hg+O2↑2.还原法(1)H2还原法WO3+3H2高温W+3H2O(2)C,CO还原法这种方法应用最多Fe 2O 3+3CO 高温2Fe+3CO 2 2ZnS+3O 2高温2ZnO+2SO 2 ZnO+C高温Zn+CO ↑ ZnO+CO 高温Zn+CO 2 PbCO 3高温PbO+CO 2↑ PbO+CO 高温Pb+CO 2(3)Na,Mg,Al 还原法Na+KCl 高温NaCl+K(其它象Rb,Cs 等都用此法生产) 4Na+TiCl 4高温4NaCl+Ti4Mg+TiCl 4高温2MgCl 2+Ti 10Al+3V 2O 5高温5Al 2O 3+6V Al 还可还原Co,Cr,Mn 等难熔金属3.电解法(最强的氧化还原方法)电解法冶炼四种金属,即Na,Mg,Al,CaNa,Ca 是共同生产的2NaC l 电解2Na+Cl 2↑ MgCl 2电解Mg+Cl 2↑ 2Al 2O 3电解4Al+3O 2↑ZnCO 3 ===ZnO +CO 2↑ZnO +CO===Zn +CO 2↑[例1]关于金属元素在自然界存在的情况的表达中,正确的选项是〔 〕A .金属元素仅存在于矿物中。
高中化学金属治炼教案人教版
一、教学目标
1. 了解金属的提取和制备方法;
2. 掌握重要金属铁、铝的提取和制备过程;
3. 理解金属在提取和炼制过程中的化学反应。
二、教学重点和难点
1. 金属的提取与制备方法;
2. 铁、铝的提取与制备过程。
三、教学内容
1. 金属的提取方法:火法提取、电解提取、水化学方法等;
2. 铁的提取和制备过程;
3. 铝的提取和制备过程。
四、教学过程
1. 导入:介绍金属的重要性和应用;
2. 学习金属的提取方法及铁、铝的提取与制备过程,了解化学反应过程;
3. 展示实验:观察铁的提取实验过程;
4. 讨论:与学生讨论金属提取方法的优缺点;
5. 总结:总结本课内容并布置下节课作业。
五、作业
1. 完成金属提取与制备相关练习题;
2. 准备下一节课的实验材料。
六、课后反思
本节课主要讲解金属的提取和制备方法,并通过实验展示了铁的提取过程,让学生对金属的提取有了更深刻的理解。
下节课将继续深入探讨金属的性质和应用。
第1课时 金属矿物的开发利用目标导航] 1.了解金属在自然界中的存在形式,掌握金属冶炼的一般方法和原理。
2.掌握铝热反应原理及实验步骤。
3.了解金属回收和资源保护的意义。
4.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
一、金属的冶炼1.金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属以外,绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。
在这些金属化合物中,金属元素都显正化合价。
2.金属冶炼的原理金属的冶炼是利用氧化还原反应原理,在一定条件下,使金属离子得到电子被还原成金属原子,从而获得金属单质。
即:M n ++n e -===M 。
3.金属的冶炼方法(1)热分解法:适用于金属活动性顺序表中Hg 及其以后的金属。
2HgO=====△2Hg +O 2↑;2Ag 2O=====△4Ag +O 2↑。
(2)热还原法:适用于金属活动性顺序表中Zn 、Cu 之间的金属。
Fe 2O 3+3CO=====高温2Fe +3CO 2; WO 3+3H 2=====高温W +3H 2O ; Cr 2O 3+2Al=====高温Al 2O 3+2Cr 。
(3)电解法:适用于金属活动性顺序表中Al 及其以前的金属。
2Al 2O 3(熔融)=====电解冰晶石4Al +3O 2↑; 2NaCl(熔融)=====电解2Na +Cl 2↑。
提醒 (1)电解熔融的NaCl 和电解NaCl 溶液的产物不同。
(2)工业上冶炼镁是电解MgCl 2而不是MgO 的原因是MgO 的熔点比MgCl 2的高,冶炼铝是电解Al 2O 3而不是AlCl 3的原因是AlCl 3是共价化合物,熔融状态不导电。
议一议1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×” (1)黄金的冶炼可用热分解法( )(2)金属阳离子被还原,一定会得到金属单质( ) (3)工业上电解MgCl 2溶液制取Mg( ) 答案 (1)× (2)× (3)×2.利用CO 冶炼铁的反应是置换反应吗?答案 3CO +Fe 2O 3=====高温2Fe +3CO 2,不是置换反应 二、金属矿物的开发利用 1.合理开发利用金属资源金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源,还会造成环境污染,地球上的金属资源是有限的,是不可再生的,因此金属资源应合理地开发利用。
第25讲金属矿物的开发利用一、金属元素在自然界中的存在形式金属元素在自然界中,以单质形式存在的,称为游离态,以化合物形态存在的,则为化合态。
游离态——金、铂等极少数不活泼金属。
化合态——钠、镁、铝等绝大多数金属。
二、金属的冶炼原理1.实质:利用还原反应,使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属单质:M n+ + ne -M 。
2.常见的金属冶炼方法:根据金属活泼性的不同,采用不同的冶炼方法:【答案】电解法热还原法热分解法物理方法 三、常见金属的冶炼方法 1.电解法(1)冶炼钠:__________________________________________; (2)冶炼镁:__________________________________________; (3)冶炼铝:__________________________________________。
【答案】(1)2NaCl(熔融) =====电解2Na + Cl 2↑; (2)MgCl 2(熔融) =====电解Mg + Cl 2↑; (3)2Al 2O 3(熔融) =====电解冰晶石 4Al + 3O 2↑。
2.热还原法(1)高温下利用C 、CO 、H 2等作为还原剂进行冶炼,如高炉炼铁: Fe 2O 3+ 3CO =====高温2Fe + 3CO 2; (2)铝热法炼铁【答案】2Al + Fe 2O 3===== 2Fe + Al 2O 3; 思考与交流【答案】(1)作为引发剂,提供高温条件;(2)防止滴落的高温熔融物使蒸发皿炸裂资料卡片——铜的冶炼3.热分解法(1)2HgO =====△2Hg + O 2↑ (2)2Ag 2O =====△ 4Ag + O 2↑ 4.物理方法金、铂在自然界以游离态存在,直接通过物理方法即可提取,如“沙土淘金”。
四、合理开发和利用金属资源1.意义:节约矿物资源、节约能源、减少环境污染 2.途径:(1)提高金属矿物的利用率 (2)开发环保高效的金属冶炼方法 (3)防止金属的腐蚀(4)加强废旧金属的回收和再利用 (5)使用其他材料代替金属材料题型一:金属的冶炼【例1】从本质上讲,工业上冶炼金属的反应一定都属于 A .氧化还原反应 B .置换反应 C .分解反应 D .复分解反应【答案】A 【解析】(1)火法炼铜(主要反应:Cu 2S + O 2=====高温2Cu + SO 2)(2)湿法炼铜(主要反应:Fe + CuSO 4 === FeSO 4 + Cu )(1)镁条与氯酸钾的作用是什么?(2)蒸发皿为什么要铺一层沙子?金属的冶炼原理是将金属的化合物通过还原的方法使金属离子还原成金属单质,元素的化合价发生变化,肯定是氧化还原反应,可以是分解反应,可以是置换反应,一定不是复分解反应,故选A 。
高中金属冶炼的三种方法
高中金属冶炼的三种方法
金属冶炼是将矿石中的金属元素从其它杂质中分离出来的过程。
在高中化学课程中,通常会学习三种常见的金属冶炼方法,分别是焙烧、还原和电解。
1. 焙烧法
焙烧法是通过加热矿石,使其在氧气的作用下发生氧化反应。
这种方法适用于含有较高氧化物含量的矿石。
在焙烧过程中,金属元素与氧气反应生成金属氧化物,同时杂质元素氧化成氧化物或挥发掉。
接着,通过化学或物理方法将金属氧化物与杂质分离,从而得到纯净的金属。
2. 还原法
还原法是通过加热金属矿石,并加入还原剂,使金属氧化物还原为金属。
这种方法适用于含有较高金属氧化物含量的矿石。
在还原过程中,还原剂与金属氧化物反应,使金属离子得到还原,还原剂本身氧化。
得到的金属可进一步通过其他方法进行提纯。
3. 电解法
电解法是利用电解原理进行金属冶炼的方法。
这种方法适用于含有较低金属含量的矿石。
首先,将金属矿石与其他材料混合,形成电解质溶液。
然后,在电解槽中通过电流,将金属离子还原成金属沉积在阴极上,而杂质则在阳极上生成气体或沉积。
通过这种方式,可以实现金属的分离和提纯。
除了这三种常见的金属冶炼方法,还有其他一些特殊情况下的方法,如溶剂萃取法、浮选法、熔融法等。
这些方法根据矿石的不同性质和要求选择使用,以达到理想的金属冶炼效果。
总的来说,金属冶炼的方法多种多样,每种方法都有其适用的矿石和操作步骤。
在高中化学课程中,学习金属冶炼方法可以帮助学生了解金属的生产过程,加深对化学原理的理解。
金属的冶炼方法【基础知识导引】在化学史上,金、银、铜等重金属发现较早,轻金属则发现较迟,如钾、钠等直到19世纪才被发现,思考一下,这是什么原因.【重点难点解析】重点讲解1.金属冶炼的原理金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属阳离子得到电子,生成金属的单质.在自然界中,以游离态存在的金属较少,只有一些化学性质不活泼的金属,如金、铂等.而化学性质比较活泼的金属,总以化合态存在于自然界中.2.冶炼金属的方法由于金属的化学活动性不同,金属离子得电子还原成金属单质的能力也不相同,因此就要采用不同的冶炼方法.常见的冶炼方法有:(1)热分解法:适用于冶炼金属活动性较差的金属,如汞与银.(2)热还原法:适用于金属活动性介于镁—铜之间的大多数金属的冶炼.是用还原剂(如碳、一氧化碳、氢气、铝等)还原金属氧化物.如:(3)电解法:适用于冶炼活动性很强的金属,如镁、铝等.一般在金属活动性顺序中排在铝前面的金属.由于这些金属很容易失去电子,所以他们的阳离子很稳定,一般的还原剂无法将他们还原出来,所以要外加电子,即通电分解它们的熔融盐或氧化物的方法来制得.有时一些不太活泼的金属,如铜、银等,也可以用电解它们的盐溶液的方法制得.如:3.从金属矿石中提炼金属的步骤第一步:富集矿石,除去杂质,提高矿石中有用成分的含量.第二步:冶炼.利用氧化还原反应原理.在一定的条件下,用还原剂把金属离子还原成金属单质.第三步:精炼.采用一定的方法,提炼纯金属.4.金属的回收和资源保护地球上的金属矿产资源是有限的,且不能再生.废金属弃之不用,不仅会污染环境,而且是资源的极大浪费.(1)废旧金属的最好处理方法是作为一种资源,回收利用.(2)回收利用的好处在于:减少垃圾量,保护环境,减少污染:缓解自然界中资源短缺的矛盾.例如:(1)从电解精炼铜的阳极泥中,回收金、银等贵金属(2)从定影液中回收金属银(3)废铁屑可以制取绿矾5.部分金属的主要化学性质1.铝的冶炼原料:氧化铝)(32O Al ,冰晶石)(63AlF Na原理:电解熔融的氧化铝主要设备:铝电解槽,以碳作为电极材料 冰晶石的作用:助熔剂,降低氧化铝的熔点 2.生铁的冶炼原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石(造渣剂,除去矿石中的脉石2SiO ) 原理:在高温下,利用还原剂——氧化碳将从铁矿石中还原出来主要设备:高炉 主要反应过程:(1)还原剂的生成:(2)生铁的生成: 高温下,铁和碳及其他的金属、非金属元素形成合金即生铁.(3)炉渣的形成:高熔点的二氧化硅变成熔点较低的硅酸钙等熔化后形成炉渣除去.3.钢和冶炼原料:生铁、空气(纯氧气)、生石灰、脱氧剂(硅铁、锰铁等)原理:在高温下,用氧化剂把生铁中过多的碳和其他的杂质氧化成气体或炉渣除去,同时调整合金元素至规定的范围内.设备:氧气顶吹转炉 【难题巧解点拨】例1 冶炼金属一般有下列四种方法:①焦炭法;②水煤气(或氢气或一氧化碳)法;③活泼金属置换法;④电解法.四种方法在工业上均有应用.古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ)湿法炼铜;现代有(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁,对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )A .(Ⅰ)用①B .(Ⅱ)用②C .(Ⅲ)用③D .(Ⅳ)用④ 解析:本题考察知识点是活动性不同的金属的冶炼方法.对于(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ):,符合①(Ⅱ):Cu FeSO CuSO Fe ++44,符合③(Ⅲ):,符合③(Ⅳ):先从光卤石中提取2MgCl ,再电解2MgCl,符合④答案:B点悟:本题的关键点是要熟悉一些金属的冶炼方法,如湿法炼铜等.选择金属的冶炼方法与金属在自然界的存在形态,与金属的活动性有关.例 2 随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题提到议事日程,其首要原因是( )A .利用电池外壳的金属材料B .防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C .不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D .回收其中石墨电极解析:本题考察的知识点是金属的回收和资源的保护.回收废电池的首要原因是防止废电池中渗漏的重金属离子对土壤与水资源产生污染,而对废电池的综合利用是第二位的.答案:B点悟:解答本题的关键点是要对社会生活中的一些热点问题,例如环境保护的知识要有所了解.从保护环境的角度来思考问题.【拓展延伸探究】例1 用黄铜矿炼铜按照反应物和生成物可以将总反应写成:23222SO FeSiO Cu O SiO CuFeS ++−→−++事实上冶炼过程是分成几步进行的:①黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铜和硫化亚铁;②硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁,并与二氧化硅反应生成矿渣;③硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜;④硫化亚铜和氧化亚铜反应生成铜.(1)写出上述各个步骤的反应的化学方程式. (2)写出总反应化学方程式的系数.(3)据最新报道,有一种叫Thibacillusferroxidans的细菌在氧气存在的条件下就可以将黄铜矿氧化成硫酸盐,反应是在酸性溶液中进行的,试写出化学方程式.解析:本题考察的知识点是根据题目中的内容,结合所学的金属的冶炼方法,考查学生书写化学方程式的灵活性和技巧性.这是一道知识拓展型的题目.根据题目给出的用黄铜矿冶炼铜的总的反应方程式,以及FeS的燃烧反应,不难写出每一步的化学方程冶炼过程分成四步进行的每一步的反应原理,并联系运用了2式.题目中所给的细菌只是起到催化剂的作用,生成物中的硫酸盐只能是硫酸铜与硫酸铁,所以酸性溶液就只能是硫酸溶液.答案:(1)①②③④(2)(3)点悟:解题的关键点是要熟悉一些金属的冶炼方法,技巧点在于灵活运用所学知识进行知识的迁移.例2 工业上制铝流程图如下:用此法制取氧化铝中,分析铝土矿和赤泥(提取氧化铝之后的残渣)所得数据如下:试求制取1t三氧化铝所需铝土矿和氢氧化钠的质量.解析:本题考察的知识点是铝的冶炼方法及实际冶炼过程中原料所需量结合的综合题.其难点在于对表中数据的分析.由于氧化铁在这个反应过程中的量是守恒的,因而从氧化铁在铝土矿和赤泥中的含量,可以求出赤泥质量为铝土矿质量的1/3.从流程图可以知道A为氢氧化钠,它使氧化铝变为偏铝酸钠,然后通入二氧化碳转变为氢氧化铝.氧化铁不与氢氧化钠反应,氢氧化钠也将氧化铁从铝土矿中全部转移到赤泥中去了.答案:设需要铝土矿质量为m,则m·55%-1/3·m15%=1t解得:m=2t,即需要铝土矿2t.需要氢氧化钠的量:由于氢氧化钠循环使用,因此需要补充的氢氧化钠的量即为留在赤泥中的氢氧化钠的量:1/3×2t×8%×80/62=0.069t点悟:解题的关键点是抓住氧化铁在整个反应过程中是守恒的.利用它的量不变,可以迅速的得出等式,解出答案.易错点在于不会数据的分析,不能推出氧化铁和氢氧化钠在整个流程中的作用.【命题趋势分析】阅读课外书籍,联系实际,开拓视野,学会知识的迁移.本节内容书本上的知识并不难,可以通过自学来掌握.但是金属的冶炼与金属的回收利用与社会、生活、环境保护之间的联系比较多,也就是与实际联系的内容较多.这些知识不是课本上面所能学全的,书本上更多的是一些基本知识点的归纳和总结,是一些学习方法的传授.所以我们应该给自己定一些目标,去多看看课本以外的书籍,开阔我们的视野.本节内容虽然不是很多,但是考察的知识点包括了所学的一些常见金属的性质和在反应中表现出来的变化.因此在解答具体问题时,要学会分析问题,找出新旧知识点上的异同点,学会知识的迁移和灵活运用.【同步达纲练习】1.我国是世界上文明发源最早的国家之一.我国掌握炼铁技术的年代是( ) A .商代 B .春秋初年 C .南宋时期 D .唐代2.工业上冶炼难熔的金属如:钒、铬、锰等,通常所用的方法是( ) A .热分解法 B .电解法 C .一氧化碳还原法 D .铝热反应法3.有0.4g 铁的氧化物,用足量的一氧化碳在高温下将其还原,将生成的全部二氧化碳通入足量的澄清石灰水中,得到0.75g 固体沉淀.这种铁的氧化物的化学式是( )A .FeOB .32O FeC .43O FeD .上述三种的混合物4.通常所说的不锈钢是指( ) A .锰钢 B .钨钢 C .高碳钢 D .镍铬钢5.电解熔融的氧化铝时,如果有54g 的铝生成,则需要消耗的电子的物质的量为( ) A .18mol B .2mol C .6mol D .1mol6.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是( ) A .除去生铁中的各种杂质,把生铁提纯B .适当降低生铁里的含碳量,除去大部分硫、磷等有害杂质C .用还原剂把铁的氧化物还原成铁D .加入合金元素改善生铁性能7.下列化学反应,能置换出铁的是( )A .锌与氯化铁溶液B .钠和氯化亚铁溶液C .一氧化碳和赤铁矿粉末(高温)D .铝和四氧化三铁(高温)8.用氢气、碳、一氧化碳分别与等质量的氧化铜在高温下反应,使氧化铜中的铜全部还原出来,消耗氢气、碳、一氧化碳的质量比是( )A .1∶1∶1B .1∶3∶14C .1∶6∶14D .2∶1∶29.用铝还原下列化合物,制得金属各1mol ,需要铝最少的是( )A .2MnOB .3WOC .43O FeD .32O Cr10.单质A 能从盐溶液中置换出单质B ,则下列说法中,不正确的是( ) A .当A 、B 都是金属时,A 一定比B 的活动性强 B .当A 、B 都是非金属时,A 一定比B 的活动性强 C .当A 是金属时,B 可能是金属,也可能是非金属 D .当A 是非金属时,B 可能是金属,也可能是非金属11.冶炼金属常常用以下几种方法;(1)以C 、2H 、CO 等做还原剂还原;(2)电解法;(3)热分解法;(4)铝热反应.这些方法各适用于冶炼那些金属? (1)法适用于_____________________;(2)法适用于_____________________; (3)法适用于_____________________;(4)法适用于_____________________.12.古代的“药金”外观与金相似,常常被认为是金子,冶炼方法如下:将碳酸锌、赤铜(O Cu 2)、木炭混合加热到800℃得到金光闪闪的“药金”. (1)“药金”的主要成分是__________________________________________; (2)有关冶炼的化学方程式是_________________________________________.13.某河道两旁有甲与乙两个化工厂,它们排放的工业废水中共含有+K 、+Ag 、+3Fe 、-Cl 、-OH 、-3NO 六种离子.甲厂的废水明显显碱性,所以甲厂废水中含有的三种离子是__________、___________、__________. 乙厂的废水中含有另外三种离子.如果加一定量的____________(选填:活性炭、硫酸亚铁、铁粉),可以回收其中的金属是________________(写元素符号).14.工业上用铝土矿(主要成分是三氧化二铝)为原料制取铝.其流程如下,其中C 物质过去常用于去油污,而E 在建筑业上有广泛的用途.写出各步的化学方程式.反应(1)_______________________________________________________________. 反应(2)_______________________________________________________________. 反应(3)_______________________________________________________________. 反应(4)_______________________________________________________________. 反应(5)_______________________________________________________________.15.用含铁60%的赤铁矿100t 冶炼生铁,在冶炼过程中损失氧化铁2%,计算可以冶炼出含铁量为96%的生铁多少吨?参考答案【同步达纲练习】1.B (点拨:春秋时期,战争频繁,兵器发展快,需要大量用钢铁制成的兵器,所以冶炼铁的技术发展起来了)2.D (点拨:高熔点的金属用铝热法制备,因为铝热反应时,发热多,温度高,适合高熔点金属的制备)3.B (点拨:设铁的氧化物的化学式为y x O Fe ,写出化学方程式,求解)4.D (点拨:记住一些生活中常见的物质的组成)5.C (点拨:氧化铝中的铝为+3价,还原成铝单质需要得到3个电子,题目中的铝共有2mol ,则需要电子为6mol )6.B (点拨:碳素钢的含碳量低于生铁,硫磷等成分也较少) 7.D (点拨:题目要求是置换反应,所以C 选项不符合)8.B (点拨:分别写出有关方程式,找出氧化铜与三种还原剂的关系) 9.C (点拨:比较金属元素的化合价,最低的价态的金属得电子是最少的) 10.D (点拨:找出典型例子加以对照) 11.(1)铁、铜、锌等一类中等活泼金属的冶炼 (2)活泼金属钾、钠等的冶炼(3)银、汞等一类不活泼金属的冶炼 (4)高熔点金属的冶炼,如铬、锰等 12.(1)铜与锌(2)13.-OH 、+K 、-Cl ;铁、Ag .14.(1)(2)323222)(232CO Na OH Al O H CO NaAlO +↓++ (3)NaOH CaCO OH Ca CO Na 2)(3232+↓+(4)(5)15.61.25t (点拨:氧化铁的损失也就是铁的损失,一起算在铁的上面.铁的质量为:100t ×60%×98%=58.8t 58.8t ÷96%=61.25t )。