重难点16 金属的冶炼方法-2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版必修二） 试卷

2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版必修二）

重难点16  金属的冶炼方法

方法探究

金属的冶炼方法

金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

(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。

2HgO2Hg+O2↑

2Ag2O4Ag+O2↑

(2)热还原法：适用于金属活动性顺序表中Zn、Cu之间的金属。

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

WO3+3H2W+3H2O

Cr2O3+2AlAl2O3+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。

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

易错总结

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MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。

典例剖析

例1   下列有关金属冶炼的说法正确的是

A．工业上常用电解NaCl水溶液可制取金属钠

B．工业上常用电解MgO熔融可制取金属镁

C．工业上常用CO高温条件下还原Fe2O3可制取Fe

D．工业上常用金属钠和TiCl4溶液反应制取金属Ti

答案  C

解析  A.电解NaCl水溶液获得氢氧化钠溶液和氢气、氯气，不会得到金属钠，工业上常用电解熔融状态的氯化钠制取金属钠，故A项错误；B. MgO熔点较高，不适宜通过电解法制备镁，工业上常采用电解熔融MgCl2制备金属镁，其电解方程式为：MgCl2Mg+Cl2↑，故B项错误；C. 工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁，其化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故C项正确；D. 钠与溶液中的水反应生成氢氧化钠与氢气，所以不能用钠与TiCl4溶液反应制取金属Ti，工业上利用钠的强还原性，采用钠和熔融的TiCl4反应的方法制取金属Ti，故D项错误；答案选C。

精选习题

1．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是

A．电解熔融NaCl制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化

B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e−

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

【答案】C

【解析】Fe3O4中3个Fe原子共显+8价，故1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移8 mol e−，C项错误。

2．下列化学方程式，能用于工业上冶炼金属镁的是(　　)

A．2Na＋MgCl2=2NaCl＋Mg

B．MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑

C．2MgO2Mg＋O2↑

D．MgO＋H2Mg＋H2O

【答案】B

【解析】A．钠的金属性强于镁，但钠比镁贵重，工业操作要求经济价值较高，所以工业上不通过反应2Na+MgCl2＝2NaCl+Mg冶炼金属镁，A选项错误；

B．镁是活泼的金属，工业上通过电解熔融的氯化镁冶炼：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑，B选项正确；

C．氧化镁很稳定，高温很难分解，C选项错误；

D．氢气不能从氧化镁中置换出单质镁，D选项错误；

答案选B。

3．下列说法中不正确的是

A．金属的冶炼原理，就是运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还原剂

C．金属由化合态变为游离态，一定是被还原

D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性越弱

【答案】B

【解析】A、金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，A项正确；

B、有的金属化合物在发生氧化还原反应冶炼金属的时候，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如HgO，B项错误；

C、金属元素在化合物中一定显正价，当变成金属单质后，化合价就变为0，所以是被还原，C项正确；

D、金属被发现和应用得早，说明该金属容易被还原，从而也说明这些金属的活动性一般是较弱的，D项正确。

答案选B。

4．下列有关金属的工业制法中正确的是(　　)

A．制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛

B．炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物

C．制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液

D．炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜

【答案】B

【解析】A．将金属钠投入到氯化钛溶液中，钠先与水反应，故应用金属钠与熔融的氯化钛反应来制取金属钛，故A错误；

B．工业制铁是CO还原铁矿石：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，故B正确；

C．工业制钠是电解熔融NaCl：2NaCl2Na+Cl2↑，而电解纯净的NaCl溶液：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，得不到钠，故C错误；

D．黄铜矿（主要成分为CuFeS2）经过冶炼后得到粗铜，粗铜进行电解得到99.9%的铜，故D错误；

故选B。

5．在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是

A．Na、Mg 、Al B．Na、K 、Zn

C．Fe、Cu、Ag D．Na、Ca、K

【答案】AD

【解析】A．Na、Mg、Al都是非常活泼的金属，工业上采用电解熔融盐或氧化物的方法冶炼，均不能用通常化学还原剂制得，故A选；

B．Zn是中等活泼金属，通常采用化学还原剂制得，故B不选；

C．Fe、Cu是中等活泼金属，通常采用化学还原剂制得，Ag是不活泼金属，通常采用热分解法冶炼，故C不选；

D．Na、Ca、K都是非常活泼的金属，工业上采用电解熔融盐的方法冶炼，均不能用通常化学还原剂制得，故D选；

故选AD。

6．下列关于物质制备原理错误的是

A．工业制备金属钠：2NaCl2Na+Cl2↑

B．工业生产铁：Fe2O3+3COFe+3CO2

C．湿法炼铜：Fe+CuSO4===Cu+FeSO4

D．以S为原料，工业生产硫酸在沸腾炉中的反应：2S+3O22SO3

【答案】D

【解析】A项、工业制备金属钠的原理为：2NaCl2Na+Cl2↑，A正确；B项、工业生产铁的原理为：Fe2O3+3COFe+3CO2，B正确；C项、湿法炼铜的原理为：Fe+CuSO4===Cu+FeSO4，C正确；D项、以S为原料，工业生产硫酸在沸腾炉中的反应为：S+O2SO2，S不能直接转化为SO3，D错误；故本题选D。

7．地球上的金属矿物资源是有限的，应合理开发利用。

(1)金属冶炼的实质是金属离子被______(填“氧化”或“还原”)生成金属单质。

(2)铜在自然界存在于多种矿石中，如：

请回答下列问题：

① 上表所列铜化合物中，推断铜的质量百分含量最高的是______。

② CuFeS2其中 Cu 为+1 价、Fe 为+3 价，高温焙烧时发生的反应是CuFeS2 + O2SO2 +FeS +Cu，焙烧过程中被还原的元素有______。

③ 工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜，火法炼铜的反应为：Cu2S+O22Cu+SO2，该反应中氧化剂是______。

④ Cu2(OH)2 CO3 与稀硫酸反应的离子方程式为______。

【答案】(1)还原   

(2)Cu2S    O、Cu、Fe    Cu2S和O2    Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2++CO2↑+3H2O   

【解析】【分析】(1)金属冶炼的实质是金属阳离子转变为单质，根据氧化还原反应规律判断；

(2)①铜化合物中，铜的质量百分含量=，据此计算；

②根据化合物化合价之和为0，判断S元素的化合价，再根据氧化还原规律分析判断；

③反应Cu2S+O22Cu+SO2中Cu元素化合价降低，S元素化合价升高，结合元素化合价变化判断；

④Cu2(OH)2CO3与稀硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳和水。

【详解】(1)金属冶炼的实质是金属阳离子转变为单质，金属元素的化合价降低，得电子，被还原，则金属离子被还原生成金属单质；

(2)①铜化合物中，铜的质量百分含量=，黄铜矿中铜的含量=×100%=35%；辉铜矿中铜的含量=×100%=80%；孔雀石中铜的含量=×100%=58%，所以铜的质量百分含量最高的是Cu2S；

②CuFeS2其中 Cu 为+1 价、Fe 为+3 价，根据化合物化合价之和为0，可得S元素的化合价为-2价，则反应CuFeS2 + O2SO2 +FeS +Cu中，S元素由-2价变为+4价，被氧化；O元素的化合价由0价变为-2价，被还原；Cu元素的化合价由+1价变为0价，被还原，Fe元素的化合价由+3价变为+2价，被还原，则焙烧过程中被还原的元素有O、Cu、Fe；

③反应Cu2S+O22Cu+SO2中，Cu元素化合价由+1价降低到0价，S元素化合价由-2价升高到+4价，O元素的化合价由0价降低到-2价，反应中Cu2S和O2为氧化剂，Cu2S为还原剂；

④Cu2(OH)2CO3与稀硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳和水，离子方程式为：Cu2(OH)2CO3+4H+=2Cu2++CO2↑+3H2O。

8．除金、铂等极少数金属外，绝大多数金属元素以化合物形式存在于自然界中，将金属元素从其化合物中还原出来的工业工程称为金属的冶炼。下列材料描述了部分常见金属的冶炼方法。

①工业上冶炼镁的方法有两种，电解法和皮江法。电解法是电解熔融的氯化镁；皮江法是硅在高温下还原氧化镁。

②霍尔−埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石(Na3AlF6)为熔剂组成的电解质，在950~970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧气。

③冶炼锰一般用铝热法，即在高温下用铝还原二氧化锰。

④相关各物质熔点见下表：

Ⅰ．根据上述信息回答下列问题：

(1)冶炼镁时电解熔融MgCl2而不电解熔融MgO，冶炼铝时电解熔融Al2O3而不电解熔融AlCl3的原因是________________________________。

(2)写出铝热法冶炼锰的化学方程式_____________________，一般使用铝热法冶炼的金属具有哪些性质_____________________________。

(3)将铝和镁作电极分别插入稀硫酸、氢氧化钠溶液中，镁、铝分别作______极、_____极；写出介质是稀硫酸溶液时的正极电极反应式：______。

Ⅱ．下面是皮江法冶炼镁的工业流程示意图：

(1)气体a是_______。

(2)还原炉需控制温度为1200℃左右，并抽空气到近似真空。还原炉中发生的主要反应有____________________________、_______________________。

(3)还原炉中抽空气到近似真空的原因是__________________________。

【答案】Ⅰ．(1) MgO的熔点比MgCl2.更高，电解时需要更多的能量，故选用MgCl2；AlCl3属于共价化合物，熔融状态下不导电，故不能电解AlCl3

(2)4Al+3MnO22Al2O3+3Mn  熔点高且比铝不活泼的金属  (3)正  负  2H+ +2e−===H2

Ⅱ．(1)CO2  (2)2MgO+Si 2Mg↑+SiO2   SiO2+CaOCaSiO3 

(3)防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化

【解析】Ⅰ．(1)氧化镁熔点比氯化镁熔点高，熔融离子晶体要消耗能源，从而增加成本，为减少成本，所以用熔融氯化镁冶炼镁，氯化铝是共价化合物，熔融状态下不导电，以分子存在，所以冶炼铝用熔融氧化铝；(2)铝热法冶炼锰的化学方程式：4Al+2Al2O3+3Mn，一般使用铝热法冶炼的金属具有的性质为：熔点高且比铝不活泼的金属；(3)将铝和镁作电极分别插入稀硫酸、氢氧化钠溶液中，由于铝能与氢氧化钠溶液反应，所以铝作负极、镁作正极；介质是稀硫酸溶液时由于镁的金属性强于铝，所以镁是负极，铝是正极，正极电极反应式为2H++2e−===H2↑。

Ⅱ．(1)白云石煅烧分解生成氧化钙、氧化镁和二氧化碳，气体为二氧化碳；(2)还原炉需控制温度为1200℃左右，并抽空气到近似真空，还原炉中发生的主要反应有硅还原氧化镁生成镁和二氧化硅，二氧化硅和氧化钙形成炉渣硅酸钙，反应的化学方程式为：2MgO+Si2Mg↑+SiO2、SiO2+CaOCaSiO3；(3)还原炉中抽空气到近似真空的原因是防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化。