重难点15 金属的冶炼方法-2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版2019必修第二册） 试卷

2019-2020学年高一化学重难点探究（人教版2019必修第二册）重难点15  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金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au金属原子失电子能力强→弱金属离子得电子能力弱→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法(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。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+3CO2WO3+3H2W+3H2OCr2O3+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FeD．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＋MgB．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 、ZnC．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+3CO2C．湿法炼铜：Fe+CuSO4===Cu+FeSO4D．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：矿石名称黄铜矿辉铜矿孔雀石主要成分CuFeS2Cu2SCu2(OH)2 CO3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：物质Al2O3AlCl3MgOMgCl2AlMnMg熔点/℃230319028007126601244649Ⅰ．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−===H2Ⅱ．(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。