金属的冶炼

学生： 课 题 科目： 第 阶段第 次课 教师： 金属的冶炼 （1）常识性介绍金属在自然界中的发布、存在形态以及储量。 （2）了解金属冶炼的一般原理及步骤。 （3）记住金属冶炼的三种方法，即热分解法、热还原法和电解法。 （4）常识性介绍金属回收与环境资源保护的意义。 （5）能写出冶炼金属方法中对应的常见金属冶炼的有关化学发方程式 工业冶炼金属的一般方法（热分解法、热还原法、电解法）。 不同金属的冶炼方法不同，如何选择合适的冶炼方法。 教学目标 重点、难点 考点及考试要求 教学内容 知识框架 金属冶炼 地球中矿物质的含量 金属冶炼的方法 金属的回收利用 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 考点1：金属在自然界中的存在 1知识梳理 1、存在范围：矿物、动植物中体内都含有金属元素 2、存在形式： a、化合态：绝大多数金属的化学性质比较活泼，在自然界中以化合态的形式存在。 如：Na（主要NaCl）、铝（主要Al2O3【铝土矿】） b、游离态：少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态的形式存在。 如：金（Au）、铂（Pt）和少量的银（Ag）、铜（Cu） 3、地球中元素的含量：氧硅铝铁；磷硫钾钙镁 考点2：金属的冶炼 1知识梳理 1、定义：将金属从矿石中提炼出来 2、原理（实质）：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阳离子还原成金属单质。 MnneM 3、金属冶炼的步骤： a、矿石的富集（除去杂质，提高矿石中有用成分的含量）； b、冶炼（利用氧化还原反应原理，一定条件下，将矿石中的金属阳离子用还原剂还原成金属单质，即： 1

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MnneM）； c、精炼（提高金属的纯度）。 4.金属矿物及铁的冶炼 （1）金属矿物（矿石）：①概念：工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。②常见的矿石：赤铁矿（Fe2O3）、黄铁矿（FeS2）、菱铁矿（FeCO3）、铝土矿（Al2O3）、黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（Cu2S）。 （2）铁的冶炼：①原理：利用高温条件下，焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来。如用赤铁矿石炼铁的化学方程式为： 。②原料：铁矿石、焦炭、高温 石灰石及空气。③设备：高炉。④炼铁时选择铁矿石的标准：a.铁矿石中铁元素的质量分数大（即Fe2O3+CO====2Fe+3CO2 含铁量高）；b.炼铁过程中产物对空气不能造成污染；满足以上两个条件的矿石是理想的绿色矿石。 5、金属冶炼的方法： 不同金属的化学活动性不同，因而金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同，采用的冶炼方法也不同。 a、热分解法 可用于热分解法冶炼的金属，其元素的金属性很弱，原子难失电子，离子易得电子，化合物的稳定性较弱。在常见金属活动性顺序表的右端区域（如Hg、Ag）。 如：2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑ b、 热还原法 可用热还原法冶炼的金属，其金属性比较强，在常见金属活动性顺序表中居于中间区域。 ①焦炭还原法。如： ②一氧化碳还原法。如： FeO3+3CO高温 2Fe+3CO2 高温 ③氢气还原法。如： CuO+H2 高温 Cu+H2O WO3+3H2 W+3H2O ④活泼金属还原法。如： Fe2O3+2Al高温 2Fe+Al2O3 3MnO2+4Al高温 2Al2O3+3Mn 此反应又称铝热反应。通常可作铝热剂的还有Al和Fe2O3、Al和V2O5、Al和Cr2O3、Al和MnO2等（试着写出这些反应的化学方程式）。 说明：①用焦炭还原法冶炼金属，炼得的金属中往往含有少量的碳。 高温 ②用CO冶炼金属时，由于CO一般是在金属冶炼炉中通过下列反应生成的：C+O2CO2, CO2+C高温 2 CO。所以用CO冶炼得的金属中也会含有少量的碳。 ③用H2还原法冶炼金属，炼得的金属的纯度相对较高，但成本高。 ④用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难以冶炼的问题，但成本高。 ⑤用热还原法冶炼得到的不纯金属，有的是必要的，也有的是不必要的则需要提纯精炼。 c、电解法 活泼金属（如K、Ca、Na、Mg、Al等）由于还原性很强，显然不能用热还原法使其从化合物中还原出来，应采用电解法使金属阳离子在阴极上还原出来。此方法通常电解金属熔融的盐或氧化物，如： 电解 电解 MgCl2 Mg+Cl 2NaCl2Na+Cl2 2 电解法的缺点是耗电量大，成本较高。值得一提的是，冶炼铝不能用电解AlCl3的方法（因共 价化合物在熔融时不导电）。2Al2O3电解 4Al+3O2 利用电解法也可以精炼提纯金属；如电解精炼铜等。 综上所述，有的金属既可以用热还原法，又可以用电解法，在热还原法中，也可以采用不同的还原剂。对于一种金属的冶炼采用什么样的方法，选用什么样的还原剂，要根据生产原料、设备和金属的用途等多种因素综合确定。 2

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根据金属活动性顺序表大致可作如下归纳： 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 2典型例题 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；（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① B．Ⅱ用② C．Ⅲ用③ D．Ⅳ用④ 解析：金属冶炼的方法与金属在自然界中存在的状态、金属活动性有关。一般电解法适合冶炼金属性强的金属（金属活动顺序表Al以前）；而水煤气（H2、CO）法、焦炭法、活泼金属置换法等用还原剂还原金属法，适合于金属活动性介于Zn~Cu之间的大多数金属的冶炼。 对于（Ⅰ）Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O 2CuCO2 符合① Cu2OC对于（Ⅱ） Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 符合③ 对于（Ⅲ） 2AlCr2O3Al2O32Cr 符合③ 对于（Ⅳ）先从光卤石提取MgCl2,再电解MgCl2 MgCl2MgCl2 符合④ 熔融电解高温故本题答案为B 3知识概括、方法总结与易错点分析 例1（02春招-31）Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。 （1）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写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式： 。 ③写出焦炭在高炉中参与反应的两个化学方程式： 。 ④写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式： 。 解题思路: 。 易错点: 。 例2（01上海-31）．已知Fe2O3在高炉中有下列反应 Fe2O3＋CO→2FeO＋CO2 反应形成的固体混和物（Fe2O3、FeO）中，元素铁和氧的质量比用mFe︰mO表示。 （1）上述固体混和物中，mFe︰mO不可能是 （选填 a、b、c多选扣分） （a）21︰9 （b）21︰7.5 （c） 21︰6 3

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（2）若mFe︰mO＝21︰8，计算Fe2O3被CO还原的百分率 （3）设 Fe2O3被CO还原的百分率为A％，则A％和混和物中mFe︰mO的关系式为（用含mFe、mO的代数式表示）。 A％＝ 请在下图中画出A%和mFe/mO关系的图形。 （4）如果 Fe2O3和CO的反应分两步进行： 3Fe2O3＋CO→2Fe3O4＋CO2 Fe3O4＋CO→3FeO＋CO2 试分析反应形成的固体混和物可能的组成及相应的mFe︰mO（令mFe︰mO＝21︰a，写出a的取值范围）。将结果填入下表。 混和物组成（用化学式表示） a的取值范围 解题思路: 。 易错点: 。 4针对性练习： 课堂反馈 1．在铁粉中加入稀HNO3，当反应完全后，尚残留少量铁粉，则溶液中含量较大的阳离子是（ ） A．Fe2+ B ． Fe3+ C．H+和Fe2+ D．Fe2+和Fe3+ 2．用含硫量较高的生铁来炼钢时，应采取的措施是（ ） A．加入较多的硅铁 B．加入较多的焦炭 C．使用较多的生石灰 D．掺入含磷较高的废铜 3．下列叙述中，正确的是（ ） A．含金属元素的离子不一定都是阳离子 B．在氧化还原反应中，非金属单质，一定是氧化剂 C．是元素从化合态变为游离态时，该元素一定被还原 D．金属阳离子被还原不一定得到金属单质 4．某金属单质跟一定浓度的硝酸反应，假定只产生单一的还原产物。当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2∶ 1时，还原产物是（ ） A．N2O B．NO C．NO2 D．N2 5．制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是（ ） A．烧杯中有铜无铁 B．烧杯中有铁无铜 C．烧杯中铁、铜都无 D．烧杯中铁、铜都有 6．不用其它试剂，限用化学方法区别下列两组内的四瓶溶液：①FeCl3、BaCl2、MgSO4、Al2(SO4)3 4

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②Al2(SO4)3、盐酸、BaCl2、K2CO3 （ A．只有①组可以 C．两组都可以 ） B．只有②组可以 D．两组都不可以 考点2： 金属资源的回收和利用 1知识梳理 1、金属资源回收的意义： a、节约矿物资源 b、节约能源 c、减少环境污染 2、回收金属利用 大部分金属可以重新制成金属及其化合物再利用 如：a、从电解精炼铜的阳极泥中，可回收金（Au）、银（Ag）等贵金属； b、从定影液中回收金属银（Ag）； c、废铁屑可用来制绿矾 【思考并讨论】废铁屑（其中部分可能已经锈蚀）制绿矾（FeSO4·7H2O）的过程及其注意事项。写出各步反应的化学方程式。 3、金属的腐蚀和防护 （1）铁生锈的条件：铁生锈的主要条件是与空气和水蒸气直接接触。铁制品锈蚀的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生复杂的化学反应，铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O。 （2）铁的防锈：原理是隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。防锈措施：防止铁制品生锈，一是保持铁制品表面的洁净和干燥，二是在铁制品表面涂上一层保护膜，防止铁与氧气和水的反应，例如：①刷一层油漆；②涂上一层机油；③电镀一层不易生锈的金属，如镀锌等；④经加工使金属表面生成一层致密的氧化膜，如烤蓝；⑤在金属表面覆盖搪瓷、塑料等。 4．金属资源的保护[来源:Z#xx#k.Com] （1）矿物的储量有限，而且不能再生。（2）废旧金属的回收和利用可以减少对环境的污染，还可以节约金属资源。（3）保护金属资源的有效途径：①防止金属腐蚀；②回收利用废旧金属；③合理有效地开采矿物；④寻找金属的替代品。 2典型例题 1.（10邵阳5）工业上将赤铁矿炼成铁是一个复杂的过程，炼铁高炉中主要发生了下列反应：①C+O2③CaCO3CO2 ②CO2+C2CO 2Fe+3CO2 CaO+CO2↑ ④Fe2O3+3CO其中属于化合反应的是 A.①和② B.②和③ C.③和④ D.①和④ 2.【10桂林25.】小红同学为研究金属腐蚀的条件，用细尼龙线将三根大小相同的铁钉分别固定在下图所示的三个液面高度相同的相同装置中，放置一星期后观察现象。下列描述错误的是 ．． 5

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A.装置Ⅰ的铁钉一侧的液面一定会上升 B.装置Ⅰ、Ⅱ中的铁钉都被腐蚀 C.比较铁钉一侧的液面,装置Ⅱ比装置I的高 D.装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀 3.（10株洲）8．下列有关金属的说法错误的是 A．金属具有金属光泽，常温下金属都是固体 B．生铁和钢是含碳量不同的铁合金，其中生铁的含碳量大于钢的含碳量 C．炒完菜后，应及时除掉锅底的水，这样可以防止铁锅生锈 D．金属的回收利用是保护金属资源的有效途径之一 4.（10南京市）我们生活在“水球”上，地球表面的70．8％被水覆盖。 (1)海水晒盐是借助日光和风力使海水中的 ▲ (写化学式)蒸发，得到含有较多杂质的 ▲ (写化学式)晶体。 pH （2）降雨是自然界中水循环的一个环节。 ▲ 气体 8.0 或这些气体在空气中反应后的生成物溶于雨水，会 ’ 6.0 形成酸雨。A、B、C三个地区雨水的pH如右图所 4.0 不，其中 ▲ 地区的雨水是酸雨。 2.0 (3)请按要求写出初中化学教材中水作为反应物的化学 0.0 A地区 B地区C地区 方程式（两个化合反应中生成物的类别必须不同)：‘ ①分解反应： ▲ ②化合反应： ▲ ③化合反应： ▲ （4）下表提供了在一定条件下．水能否与一些金属发生反应的信息· ①请根据金属活动性顺序和表中的已知信息，将表格填写完整。 物质 能否发生反应 钠与冷水 剧烈反应 镁与冷水 缓慢反应 镁与水蒸汽 铁与冷水 ▲ 不反应 铁与水蒸气 加热条件下能反应 ②已知铁与水蒸气在加热条件下反应生成四氧化三铁和氢气．该反应的化学方程式为 ▲ ③铁虽然常温下与水不反应，但铁制品在潮湿的环境中容易生锈。 某同学进行了如右图所示实验。一周以后发现铁钉表面锈蚀。图 a 中a、b、c三处锈蚀情况最严重的是 ▲ (填字母)，产生该现象的原因是 b 蒸馏水 ▲ c 答案： (1)H2O NaCl (2)SO2 NO2等 AB (3)①2H2O ==2H2↑+O2↑ ②CO2+H2O=H2CO3 (~)CaO+H2O=Ca(OH)2 (②③答案可互换，且合理答案均给分) (4)①能反应 ②3Fe+4H2O(g)==Fe3O4+4H2 ③b b处铁钉与水、空气同时充分接触(合理叙述均可) 本节课总结提高题 题型Ⅰ 金属的冶炼 1．（07连云港）将铝粉和氧化铜混合加热，反应的化学方程式为3CuO +2Al == 3Cu+Al2O3。充分反应后，为了检验氧化铜是否剩余，取少量反应后的固体，加入足量稀硫酸，充分反应，能够说明氧化铜有剩余的实验现象是（ ） ①加入稀硫酸后，有气泡产生②加入稀硫酸后，溶液显蓝色 ③加入稀硫酸后，没有气泡产生 ④加入稀硫酸后，容器中有红色不溶物质 ⑤在加稀硫酸后的溶液中，插入铁片，铁片表面有红色不溶物6

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质析出 A．只有① B．只有② C．③④ D．②⑤ 2．（07徐州）我国进行了第5次火车提速。为适应提速要求需把短轨连成长轨。工人常用2Al+Fe2O3高温Al2O3+2Fe这一反应使生成液态铁进行焊接。下列说法不正确的是（ ） A ．Al2O3为氧化物 B．该反应为置换反应 C．该反应为复分解反应 D．该反应为放出大量热 题型Ⅱ 合金 3．（07徐州）国家体育场“鸟巢”的主体为钢结构，钢属于（ ） A．复合材料 B．无机非金属材料 C．合成材料 D．金属材料 4．（07淮安）下列说法正确的是（ ） A．铁是地壳中含量最多的金属元素 B．不锈钢就是永不生锈的钢 C．生铁可以完全溶解在足量的稀盐酸中 D．油罐车的尾部经常有一条铁链拖到地面上，这是利用了铁的导电性 5．（07镇江）下列物质不属于有机合成材料的是 （ ） A．合金 B．塑料 C．合成橡胶 D．合成纤维 5．（07泰州）下列观点中，你不赞同的是（ ） A．钢筋混凝土是复合材料 B．肥皂水可以区别硬水和软水 C．生铁和钢都是铁的合金 D．淀粉没有甜味，因此不属于糖类 6.（07北京）下列物质中，能除去铁制品表面铁锈的是（ ） A．稀硫酸 B．水 C．氢氧化钠溶液 D．硫酸铜溶液 题型Ⅲ 综合题 7．（07苏州）甲图是一氧化碳与氧化铁反应装置的示意图，乙图是高炉练铁示意图。请回答下列问题。 （1）写出甲图硬质玻璃管内反应的化学方程式： （2）甲图中尾气处理的目的是： （3）乙图中高炉练铁时焦炭的作用是： ① ；② 。 （4）为什么乙图中生铁出口低于炉渣出口？ 答： 8．(07南通)金属材料是现代生活和工业生产中应用极为普遍的一类物质。 7

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(1)钛合金是21世纪的重要材料，具有熔点高、可塑性好、抗腐蚀性强、与人体有很好的“相容性”等优良性能。金属的下列用途：①用来做保险丝 ②用来制人造骨 ③用于制造船舶 ④用于制造航天飞机。其中与钛合金性能符合的是 （填序号）。 (2)铁是一种最主要的金属材料，实验室里用一氧化碳还原氧化铁得到铁，实验过程中，先通入一氧化碳目的是 。 炼铁厂常以焦炭、赤铁矿、空气等为主要原料炼铁，反应过程如下： 写出② ③两步的化学方程式： (3)矿物的储量有限，而且不可再生，我们必须保护金属资源并进行金属的回收利用。 某兴趣小组同学欲从含有硫酸、硫酸亚铁和硫酸铜的废液中，回收全部金属铜，应先加 入 ，反应的化学方程式为： 。 充分反应后过滤，滤渣中含有 。继续处理可以得到纯净的金属铜和硫酸亚铁固体。 (4)在学习了金属资源保护内容以后，兴趣小组同学对金属的锈蚀做了观察，发现残留水的铁锅在与水面接触的部位最易生锈；家用的铜质水龙头也生了一层绿色的铜锈。回忆已有的知识，铁生锈的原因是 。那么铜生锈的原因是什么？查阅有关资料：铜锈的主要成份是Cu2(OH)2CO3。他们除依照铁钉锈蚀条件的探究方法进行实验外，还补充做了铜锈蚀与 有关系的实验。请写出一种防止铁或铜等金属制品生锈的具体方法 9．(07厦门)常见金属D的制取与转化关系如下(有些反应物和生成物已略去)： (1)写出下列物质的化学式： A是 ；E是 ； (2)写出上图中①②两反应的化学方程式： ① ② (3)反应③的基本反应类型是： 8

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答案与导解： 1.D 导解：有氧化铜就可以和硫酸反应生成蓝色的硫酸铜，则和铁发生置换反应，得到红色的铜析出。 2.C 3.D 4.D 5.A 6.A 7.（1）方程式略 （2）防止空气污染 （3）做还原剂 生成还原剂一氧化碳 （4）矿渣密度较小，漂浮在铁水上面 8.（1）②③④ （2）赶走管内的空气，防止爆炸 （3）稍过量铁粉 Fe、Cu （4）与空气中的O2、H2O同时接触 CO2 保持金属及金属表面的洁净与干燥 9.(1)C H2 (2) 方程式略 (3)置换反应 巩固作业（选用，可不做该项） 9

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