1、第一单元金属的冶炼方法第一单元金属的冶炼方法专专题题9金属与人类文明金属与人类文明1.了解金属冶炼的一般原理及不同金属的冶炼方法,能正确书写相关化学方程式。认识化学方法在实现物质间转化的作用,体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用,逐渐形成科学态度与社会责任的学科核心素养。2.通过实验和问题探究,知道铝热反应的原理及应用,进一步提高实验操作技能,提高实验观察能力、分析能力,逐渐形成科学探究与创新意识的学科核心素养。3.认识金属回收和资源保护的意义,揭示化学与可持续发展的重要关系,树立资源保护意识及合理开发意识,逐渐形成科学态度与社会责任的学科核心素养。素养目标【知识铺垫】1.金属钠具有很强
2、的还原性,高温下可与TiCl4反应置换出单质钛,反应的化学方程式为4Na+TiCl4 Ti+4NaCl。2.在AlCl3溶液中滴加氨水至不再出现白色沉淀,把白色沉淀分成两份,一份滴加稀盐酸,一份滴加NaOH溶液,白色沉淀均溶解,实验中可证明Al(OH)3是两性氢氧化物。试写出上述实验过程的离子方程式:素养初探【自主梳理】一、金属的存在形式1.金属材料的优异性能有良好的可塑性,坚固耐用,具有导电、导热性能。2.金属的存在形式(1)在自然界中,只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中,如自然金和自然银。通过熔铸的方法即可对金属进行加工和锻造。(2)地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存在的。例
3、如铁元素存在于赤铁矿(主要成分是Fe2O3)中,铝元素存在于铝土矿(主要成分是Al2O3)中。(3)有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态。如铁元素有单质(主要存在于陨石中)、氧化物和硫酸盐等存在形式;银元素有自然银、辉银矿(Ag2S)、碲银矿(Ag2Te)等存在形式。红棕色固体 【微思考1】金属在自然界中的存在形式与什么因素有关?提示 金属的存在形式与其活动性有关。一般而言,活动性较强的金属,在自然界以各种各样的化合态存在;活动性较弱的金属,可能以游离态存在。有的金属元素还能以游离态和化合态两种形式存在。二、金属的冶炼1.金属冶炼利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程称为金属冶炼
4、。工业上常用的金属冶炼方法有热分解法、高温还原法和电解法等。2.常用金属冶炼方法(1)冶炼方法的应用实例(2)铝热反应铝热反应:将铝粉和氧化铁混合,在高温条件下发生反应,该反应能够放出大量的热,生成氧化铝和液态铁,该反应叫作铝热反应。实验实验原理Al作还原剂,金属氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来实验操作实验现象 a.镁条剧烈燃烧b.氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应c.反应放出大量的热,并发出耀眼的白光d.纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中实验结论在高温下,铝粉与Fe2O3发生反应,放出大量的热,化学方程式为2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3铝粉与某些难熔的金属氧化物(如Fe2O
5、3等)以一定比例形成的混合物被称为铝热剂 用途:焊接钢轨,冶炼熔点较高的金属(如钒、铬、锰等)。 【微思考2】铝粉与MgO粉末能否发生铝热反应?为什么?提示 不能。铝热反应利用金属铝在高温条件下还原较不活泼的金属,在金属活动性顺序中Mg在Al的前面,因此Al不能置换金属Mg。【自我检测】1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子失去电子被氧化为金属单质的过程()(2)通过电解法冶炼Na、Mg、Al,是因为Na、Mg、Al的还原性很强()(3)采用热还原法冶炼金属时,常用的还原剂有C、CO、H2、Al等()(4)由于地球上金属矿物资源有限,因此要
6、加强金属资源的回收和再利用()(5)通过铝热反应可以在野外焊接钢轨() 2.下列金属冶炼原理错误的是() B3.用如图所示的装置做铝热反应实验,回答下列问题: (1)写出该反应的化学方程式:,在该反应中是氧化剂,是还原剂,该反应称为反应。 (2)选出该实验的实验现象(填序号):。 镁条剧烈燃烧;放出大量的热,并发出耀眼的白光;纸漏斗的下部被烧穿;有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上,液珠冷却后变为黑色固体。答案 (1)Fe2O3+2Al Al2O3+2FeFe2O3Al铝热(2)新知一新知一 正正确选择金属冶炼的原理与方法确选择金属冶炼的原理与方法【问题探究】化学科学的发展是人类文明进步的重要
7、推动力。金属冶炼技术的进步,是人类文明进步的一个体现。1.自然界中绝大多数的金属是以化合态的形式存在,怎样将它们转变为金属单质呢?金属冶炼的实质是什么?提示 在化合物中,金属元素都显正价态。将金属从其化合物中还原出来,用于生产和制造各种金属材料,这一过程在工业上称为金属冶炼。金属冶炼的实质是素养提升2.如图是我国古代和现代冶金的两张图片,那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系? 提示 金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼,冶炼时所需条件要求越高,在人类历史上出现的时间越晚;金属越不活泼,冶炼的方法越简单,人们使用的时间越早,所以有青铜、铁器
8、等时代的发展历程。3.根据下面图片,分析从自然界中获得金属单质是否都必须发生氧化还原反应。提示 否。有些金属单质化学性质稳定,如金、铂等,在自然界中主要以游离态形式存在,获得这些金属就不需要发生氧化还原反应,用富集的方法就可以,如淘金。【深化拓展】1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 2.常见几种金属的冶炼误区(1)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3,因为AlCl3为共价化合物,熔化后不导电。(2)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO,因为MgO的熔点很高,耗能大。(3)Au、Pt一般用物理法提取。(4)利用铝热反应不能冶炼还原性比Al强的金属,如Mg、Na等。【微点拨】高温还
9、原法常用的还原剂有C、CO、H2和活泼金属等,其中用H2作还原剂时反应制得的金属最纯净。工业生产中用CO作还原剂时,通常CO来自C的反应,因此用C或CO作还原剂,得到的金属中会混有少量C,像高炉炼铁得到的铁中含有少量C;用活泼金属作还原剂时,得到的金属中会混有少量活泼金属。【素能应用】例1 金属锂是密度最小的金属,密度为0.534 gcm-3,与等质量的其他金属相比,锂可以释放出更多的电子,故常用来制造高性能电池。已知金属锂的活动性介于钠与镁之间,则冶炼金属锂应采用的方法是()A.电解法B.高温还原法C.热分解法D.铝热法A【变式设问】(1)常用电解氯化锂氯化钾熔融盐的方法制备金属锂,试写出反
10、应的化学方程式。加入KCl的目的是什么?提示 化学方程式为2LiCl 2Li+Cl2。加入KCl可降低LiCl的熔融温度,减少能耗。 (2)实验室中通常将少量金属钠放在煤油中保存,能否将金属锂放在煤油中保存?提示 不能。金属锂的密度比煤油的密度小,因此无法用煤油保存金属锂,少量金属锂可保存在液体石蜡中。变式训练1下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是()A.地壳中含量最高的金属是铁,其次是铝B.铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中C.铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中D.金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在A新知二新知二 铝铝的冶炼的冶炼【问题探究】1.Al
11、(OH)3是两性氢氧化物,既可溶于强酸溶液,也可溶于强碱溶液。Al2O3是两性氧化物,试写出Al2O3与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式。提示 Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O,Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。2.Al(OH)3可溶于强酸和强碱溶液,但不溶于弱酸H2CO3和弱碱NH3H2O溶液中,因此可利用可溶性铝盐与氨水反应制备Al(OH)3,或利用偏铝酸盐与过量CO2反应制备Al(OH)3。试写出制备Al(OH)3的两个离子方程式。【深化拓展】1.从铝土矿中提取铝的工艺过程 2.发生的主要反应Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,NaAlO2+2H2
12、O+CO2=Al(OH)3+NaHCO3,3.电解过程中冰晶石(Na3AlF6)的作用降低氧化铝的熔融温度,从而减少了冶炼过程中的能量消耗。【微点拨】向NaAlO2溶液中通入少量或过量CO2的反应向NaAlO2溶液中通入少量CO2,反应可生成Al(OH)3和Na2CO3;继续通入CO2,Al(OH)3不能溶解,Na2CO3溶液可与CO2反应生成NaHCO3,因此反应的离子方程式分别为:【素能应用】例2 某同学在实验室用铝土矿(含有Al2O3和SiO2,不考虑其他杂质)制取金属铝的流程如下: (1)Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为。 (2)滤液中溶质的用途之一是。 (3)电解熔融的Al2O3
13、除得到金属铝之外,还可得到的气体产物是(填化学式)。工业上电解熔融的Al2O3时,还加入了冰晶石(Na3AlF6)作助熔剂,其作用是降低Al2O3的熔融温度。冰晶石在物质的分类中属于(填字母)。 a.酸b.碱c.盐d.氧化物c O2用作肥料Al2O3+6H+=2Al3+3H2O技巧点拨SiO2为酸性氧化物,不能与稀硫酸反应,因此若铝土矿中含有SiO2可首先用稀硫酸酸溶提纯;若铝土矿中含有Fe2O3、MgO等碱性氧化物,则可先碱溶提纯。变式训练2工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的Al2O3,然后得到铝,而不是电解氯化铝,其主要原因是()A.AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电B.电解AlCl
14、3生成的Cl2会污染大气C.用氢气还原氧化铝即可得到铝D.AlCl3不存在A素养脉络1.下列金属在自然界中以游离态存在的是()A.NaB.MgC.AlD.Au素养巩固D2.下列冶炼方法中,不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是()A.加热Al2O3B.加热HgOC.电解熔融NaClD.铝粉和Fe2O3共热A3.(2021盐城高一月考)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。下图表示几种金属被人类大规模开发利用的大致年限:开发利用的时间有先后,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D4.下列关于金属冶炼的说法
15、正确的是()A.由于Al的活动性强,故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产AlB.可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁C.炼铁高炉中发生的反应都是放热的,故无需加热D.金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态,冶炼方法由金属的活动性决定D5.(2021苏州高一月考)铝热反应原理可以应用在生产上,如用于焊接钢轨等,实验室中铝热反应的实验装置如图所示。 (1)该实验步骤如下:用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状,套在一起,使四周都是四层。把内层漏斗取出,在底部剪一个孔,用水润湿,再跟另一个漏斗套在一起,架在铁圈上,下面放置盛细沙的(填仪器名称)。把5 g 炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀,放在漏斗中,上面加少量氯酸钾,并在混合物中间插一根镁条,用小木条点燃镁条,观察发生的现象。 (2)图中漏斗的材质是(填“玻璃”或“纸”)。 (3)镁条的作用是。 (4)实验现象:;。 (5)待熔融物冷却后,除去外层熔渣,仔细观察,可被磁铁吸引,落下的是珠。 (6)在冶金工业上也常用这一反应原理来冶炼(填字母)。 A.不活泼金属B.较活泼金属C.稀有金属D.高熔点金属(1)蒸发皿(或铁盘)(2)纸(3)利用镁条燃烧放出的热量促使氧化铁和铝发生剧烈反应(4)镁条剧烈燃烧反应剧烈,放出大量的热,发出耀眼的光芒纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落下(5)铁(6)D
