1、第一单元 铁、铜的获取及应用第 1 课时 从自然界中获取铁和铜学习目标定位 1.了解自然界铁、铜的存在形式，熟知铁的冶炼原理和方法，会写有关的化学方程式。2.了解金属冶炼的一般方法和原理。一、铁、铜的存在形式1铁的存在形式(1)铁元素在自然界中，主要以化合态的形式存在。(2)常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为 Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为 Fe2O3)、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为 FeCO3)等。(3)人们最早利用的单质铁直接来自于自然界。铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石” 。2铜的存在形式(1)常见的铜矿有黄铜矿(主要成分为 CuFeS2)、孔雀石
2、主要成分为 CuCO3Cu(OH)2等。(2)人们最早利用的单质铜来自于地球上自然存在的少量单质铜。二、铁、铜的冶炼1铁的冶炼(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(2)设备：炼铁高炉。(3)原理：高温下用还原剂将铁从其化合物中还原出来。(4)冶炼过程2铜的冶炼(1)火法炼铜：Cu 2SO 2 2CuSO 2= = = = =高 温 (2)湿法炼铜：CuSO 4Fe= =CuFeSO 4例 1 高炉炼铁生产中下列说法正确的是( )A还原氧化铁的还原剂是焦炭B采用富氧空气可以得到纯铁C加石灰石的目的主要是为了除去过量碳D用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿答案 D解析 A 项中，焦炭发生的
3、反应： CO 2 CO2、CO 2C 2CO，其中= = = = =点 燃 = = = = =高 温 CO 将铁矿石中的铁还原成铁单质，A 项错误；高炉炼铁得到的只是含碳量为 2%4.5%的生铁，不会得到纯铁，B 项错误；加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与SiO2 反应生成 CaSiO3 炉渣，除去杂质 SiO2，故 C 项错误。特别提示炼铁的过程中，起还原作用的物质为 CO，而不是 C。C 起到制取 CO 的作用。例 2 炼铁时，加入石灰石的作用是( )A提高铁的质量和产量B降低生产成本C合理利用资源，利用多余的热量生产加工石灰石的副产品D将铁矿石中的 SiO2 转变为炉渣答
4、案 D三、金属的冶炼方法1电解法：适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属) 。例如：MgCl 2(熔融) MgCl 2，= = = = =通 电 2NaCl(熔融) 2NaCl 2，= = = = =通 电 2Al2O3(熔融) 4Al3O 2。= = = = =通 电 2高温还原法：用还原剂(CO 、C、H 2、Al 等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中锌到铜之间的大多数金属。例如：2AlCr 2O3 2CrAl 2O3。= = = = =高 温 3热分解法：适合冶炼金属活动性较差的金属。例如：2Ag 2O 4AgO 2，2HgO 2HgO 2。=
5、= = = = = = = = = (1)金属的冶炼方法与金属活动性的关系 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 炼 法(2)在工业上还有一种冶炼方法叫做湿法冶金，即利用活泼金属把不活泼金属从它的盐溶液中置换出来。例 3 目前电动车、手机等使用的新型电池锂电池，是一种高效、环保电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是( )A电解法 B高温还原法C热分解法 D高温用铝还原法答案 A例 4 (2017淮南高一检测)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是( )ACu 2
6、SO 2 2CuSO 2= = = = =高 温 B2Ag 2O 4AgO 2= = = = = CFe 2O33CO 2Fe3CO 2= = = = =高 温 D2AlCl 3(熔融) 2Al3Cl 2= = = = =通 电 答案 D1下列物质中，含铜元素的是( )A天石 B孔雀石C赤铁矿 D石灰石答案 B解析 孔雀石的主要成分为 CuCO3Cu(OH)2。2工业上制备下列金属，采用的化学反应原理正确的是( )A镁：2MgO(熔融) 2MgO 2= = = = =通 电 B钙：CaOC CaCO= = = = =高 温 C锰：3MnO 24Al 3Mn2Al 2O3= = = = =高 温
7、 D汞：HgS HgS= = = = = 答案 C解析 工业上电解熔融的氯化镁来制取金属 Mg，A 错误；钙的工业制法与镁相似，电解熔融的氯化钙，B 错误；工业制取 Mn 用还原法，单质 Al 与二氧化锰发生置换反应，C 正确；汞单质的制取用加热分解法，分解 HgO 得到 Hg 单质，D 错误。3(2018牌头中学月考)用下列物质冶炼相应金属时，需加入还原剂的是( )AHgO BMgCl 2CFe 2O3 DNaCl答案 C4中国现在已经有足够的钢铁产量，能够满足自身基本设施发展的需求。下列说法正确的是( )A铁矿石还原成铁的化学方程式： Fe2O33CO 2Fe3CO 2= = = = =高
8、 温 B自然界中没有游离态的铁C钢铁是纯净的铁，不含任何杂质D磁铁矿的主要成分是 Fe2O3答案 A5下列说法正确的是( )A高炉炼铁用于还原氧化铁的还原剂是焦炭B炼铁时，加入石灰石的作用是促进氧化铁的还原C我国最早应用的金属是铜D用于电气工业的铜是由黄铜矿冶炼得到的答案 C解析 高炉炼铁用到的还原剂是 CO，加入石灰石的作用是除去矿石中的 SiO2；电气工业用的铜是精铜，而由黄铜矿冶炼得到的铜是粗铜。6冶炼金属常用以下几种方法：以 C、CO 或 H2 作还原剂 利用铝热反应原理还原电解法 热分解法。下列金属各采用哪种方法还原最佳。(填序号)(1)Fe、Zn 、Cu 等中等活泼金属_。(2)N
9、a、Mg、Al 等活泼或较活泼金属 _。(3)Hg、Ag 等不活泼金属_。(4)V、Cr、Mn、W 等高熔点金属 _。答案 (1) (2) (3) (4)解析 中等活泼的金属用热还原法冶炼；活泼金属用电解法冶炼；不活泼金属用热分解法冶炼；高熔点金属用铝热法冶炼。对点训练题组一 金属冶炼与金属活泼性关系1从使用金属的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。使用金属的先后顺序跟下列有关的是( )地壳中的金属元素的含量 金属活动性顺序 金属的导电性 金属冶炼的难易程序 金属的延展性A B C D答案 B2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。下图表示三
10、种金属被人类开发利用的大致年代，之所以有先后，主要取决于( )A金属的导电性强弱B地壳中金属元素的含量多少C金属的化合价高低D金属的活动性强弱答案 D解析 由图可知，活泼性越弱的金属越早被人类开发利用，因此金属开发利用的大致年代与其活动性有关。【考点】金属的通性【题点】金属通性的综合应用3已知一些金属单质的发现与其金属活泼性存在着某种必然的联系，你认为下列事件发生在铁器时代之前的是( )金属铝的冶炼 青铜器时代 金银的使用 戴维发现金属钠 15 世纪中国使用锌铸币A B C D答案 B题组二 金属的冶炼原理与方法4工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。选用不同方法冶炼不同金属的主要依
11、据是( )A金属在自然界中的存在形式B金属元素在地壳中的含量C金属阳离子得电子的能力D金属熔点的高低答案 C5用赤铁矿为原料冶炼铁，应采取的冶炼方法是( )A电解法 B热氧化法C热还原法 D热分解法答案 C解析 铁性质较活泼，通常用热还原法冶炼，C 正确。6我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜。孔雀石的主要成分是 CuCO3Cu(OH)2，这种冶炼铜的方法是( )A焦炭还原法 B湿法炼铜C铝热还原法 D电解冶炼法答案 A解析 CuCO 3Cu(OH)2 2CuOCO 2H 2O，生成的 CuO 被焦炭与 CO2 反应生= = = = = 成的 CO 还原生成 Cu。7(2018舟山市期
12、末)下列有关金属冶炼的说法正确的是( )A电解 NaCl 水溶液可制取金属钠B电解无水 MgCl2 固体可制取金属镁C高温下可用 CO 还原 Fe2O3 制取 FeD金属钠和 TiCl4 溶液反应制取金属 Ti答案 C8(2017简阳市期末)下列说法不正确的是 ( )A冶炼金属时，必须加入一种物质作还原剂B利用金属活泼性的不同，可以采用不同的冶炼方法C湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应D人类历史上大量生产和使用铝、铁、铜三种金属单质的时间顺序是铜、铁、铝答案 A题组三 金属冶炼在新情境下的应用9生物炼铜是利用某些具有特殊本领的微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的细菌”能利
13、用空气中的氧气将不溶性的 CuS 转化为可溶性的铜的化合物，这种可溶性的铜化合物是( )A碳酸铜 B硝酸铜C硫酸铜 D氢氧化铜答案 C解析 此题考查了正在迅速发展的生物炼铜技术。生物炼铜是一项成本低、污染小、反应简单、前景广阔的新兴炼铜技术，其利用“吃岩石的细菌”将不溶性的硫化铜转化为可溶性硫酸铜，而使铜的冶炼变得简单。10中华民族有着光辉灿烂的发明史，下列发明创造不涉及化学反应的是( )A用胆矾炼铜B用铁矿石炼铁C中国古代炼丹术士将丹砂(HgS)炼成三仙丹(HgO)D活字印刷术印诗成册答案 D解析 用胆矾炼铜、用铁矿石炼铁、将丹砂(HgS)炼成三仙丹 (HgO)均有新物质生成；活字印刷术是将
14、字刻成字模，然后根据需要排版、涂墨印刷，是物理变化。11工业上，常用 Mg 还原法制取金属 Ti，反应原理如下：2MgTiCl 4 2MgCl2Ti。下列说法正确的是( )= = = = =高 温 该反应属于置换反应；该反应属于氧化还原反应；该反应表明 Mg 比 Ti 活泼；Ti 被誉为“21 世纪的金属” ，在航天工业上有广泛用途A只有 B只有C只有 D全部答案 D解析 由单质 Mg 从化合物 TiCl4 中置换出金属 Ti，化合价发生变化，故正确；在反应中 Mg 作还原剂，Ti 是还原产物，故 Mg 的还原性比 Ti 强， 正确；Ti 为性能优良的金属，广泛应用于航天工业，正确。题组四 金
15、属冶炼的有关计算12诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为2MoS 27O 2 2MoO34SO 2= = = = =高 温 MoO 32NH 3H2O=(NH4)2MoO4H 2O(NH 4)2MoO42HCl= =H2MoO42NH 4ClH 2MoO4 MoO3H 2O= = = = =高 温 用还原剂将 MoO3 还原成金属钼。则下列说法正确的是( )AMoS 2 煅烧产生的尾气可直接排放BMoO 3 是金属氧化物，也是碱性氧化物CH 2MoO4 是一种强酸D利用 H2、CO 和 Al 分别还原等量的 MoO3
16、，所消耗还原剂的物质的量之比为 332答案 D解析 A 项，生成物 SO2 对环境污染严重，不符合题意；B 项，根据中生成物(NH 4)2MoO4可知，该化合物属于盐，对应的酸是 H2MoO4，故 MoO3 不属于碱性氧化物，不符合题意；C 项，根据反应H 2MoO4 是一种不溶性酸，溶液中 c(H )不可能很大，故 H2MoO4 不可能是强酸，不符合题意；D 项，1 mol H2、1 mol CO 和 1 mol Al 作还原剂时，失去的电子数分别为 2NA、2N A 和 3NA，还原等量的 MoO3 时，则 H2、CO 和 Al 转移电子数相同，此时 n(H2)n(CO) n(Al)332
17、，符合题意。综合强化13钢铁工业对促进经济和社会的发展具有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。其设备如图所示：炼铁的炉料(铁矿石、焦炭、石灰石等 )由高炉的顶部投入，原料在下降过程中与高炉气气流在炉身部分发生作用。请回答下列问题：(1)焦炭在炼铁的过程中所起的作用是_。(2)采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，其目的是_。(3)写出以赤铁矿为原料的炼铁高炉中发生的主要化学反应：_。(4)高炉气中含有的主要气态污染物是_，若直接排放将污染空气，因此应回收利用，请写出该污染物的一种用途：_。答案 (1)既提供热量，又产生还原剂 CO(2)采用逆流接触操作，使矿石与还原性气体充分接触、
18、反应(3)CO 2 CO2，CO 2C 2CO，= = = = =高 温 = = = = =高 温 Fe2O33CO 2Fe3CO 2= = = = =高 温 (4)CO 作燃料 (或还原剂)解析 (1)焦炭在炼铁的过程中既作为能源提供反应所需要的能量，同时生成 CO 作为还原剂，还原出铁矿石中的 Fe。(2)采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，主要是采用逆流操作，不仅利于矿石与还原性气体充分接触，还增加了接触时间，利于反应。(3)炼铁高炉中发生的主要反应就是还原剂的生成及生成铁的反应。(4)高炉气的主要成分有： CO、CO 2 等，其主要气态污染物是有毒的 CO；回收利用 CO，可用
19、作燃料或作还原剂等。14已知 Al、Cu、Hg 三种金属分别用如下方法冶炼：2Al2O3(熔融) 4Al3O 2，= = = = =通 电 H2CuO CuH 2O，= = = = = 2HgO 2HgO 2。= = = = = (1)分析以上信息，可总结出金属的冶炼方法与金属活泼性强弱之间的关系是_。(2)利用(1)中的结论，并结合题目信息，写出工业上用 CaCl2 冶炼金属钙的化学方程式： _。(3)在某些特殊环境下，往往用铝热反应来冶炼一些难熔金属，请写出据此法用 MnO2 冶炼金属锰的化学方程式：_。答案 (1)非常活泼的金属一般采用电解法冶炼，中等活泼的金属一般采用热还原法冶炼，不活泼的金属一般采用热分解法冶炼(2)CaCl2(熔融) CaCl 2= = = = =通 电 (3)4Al3MnO 2 2Al2O33Mn= = = = =高 温 解析 (1)金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在状态、金属活泼性有关。一般来说，非常活泼的金属一般采用电解法冶炼(如 K、Ca、Na、Mg、Al 等)，中等活泼的金属一般用热还原法冶炼(如 Zn、Fe、Sn 、Pb、Cu 等) ，不活泼的金属一般用热分解法冶炼(如 Hg、Ag 等)。(2)Ca 是非常活泼的金属，工业上用电解熔融 CaCl2 的方法冶炼。(3)金属铝和 MnO2 发生置换反应生成单质锰和氧化铝。
