第三节金属的冶炼

第三节金属的冶炼[日期：2007-04-06]来源：作者：[字体：大中小]【学习指导】一、掌握金属的冶炼方法：1、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离子还原成金属单质。Mn++neM2、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。工业上冶炼金属主要有3种方法：（1）热分解法：此方法适用于制备不活泼金属，通常情况下在金属活动性顺序表中，铜以后的金属的氧化物受热就能分解。如：2HgO△2Hg+O2↑，2Ag2O△4Ag+O2↑（2）热还原法：加入还原剂如：C、CO、H2活泼金属Na2、Mg、Ag等,使金属离子还原成单质，此方法通常适用于中等活泼金属和不活泼金属的制备。如：FeO3+3CO2Fe+3CO2CuO+H2Cu+H2OWO3+3H2W+3H2OCr2O3+2Al2Cr+Al2O33MnO2+4Al2Al2O3+3Mn少数特殊的活泼金属也可采用此方法：如：2RbCl+MgMgCl2+2RbKCl+NaNaCl+K（3）电解法：活泼金属由于还原性很强，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：2Al2O34Al+3O2MgCl2Mg+Cl22NaCl2Na+Cl2还原高温高温高温高温高温高温高温电解熔融电解熔融电解熔融利用电解法也可以精炼提纯金属；如电解精炼铜等。2、重视废旧金属材料的回收和资源保护。我国的金属矿产资源虽然蕴藏量很大，但毕竟也是有限的，且人均占有矿产资源量很小，因此要重视废旧金属的回收和利用，这样既可防止污染环境，又缓解资源短缺的矛盾。【典型例题】例1：冶炼金属常用以下几种方法：①以C或CO、H2作还原剂还原②电解法③热分解法④铝热反应，现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法：Al；Mg；Cu；Hg；Mn。分析：首先要搞清各种不同的冶炼方法使用于制备哪些金属？对于热还原法来说,它适用于制备中等活泼性的金属；电解法适用于制备活泼金属；热分解法适用于制备不活泼金属；铝热反应法适用于制备中等活泼且熔点较高的金属。因此，Al、Mg的冶炼方法通常用电解法；Cu采用热还原法；Hg采用热分解法；Mn可采用热还原法也可采用铝热反应。答：Al②Mg②Cu①Hg③Mn①或④例2：工业上制备金属铝采用电解熔融（加冰晶石）而不电解熔融，但工业上制备金属镁则采用电解熔融的，而不电解，其原因是。写出电解、的化学方程式。解析：镁、铝均为活泼金属，它们的制备方法是电解熔融的离子化合物。与均为离子化合物，但的熔点比低易熔化电离，故使用。是共价化合物，熔化时不电离，不导电，只能使用离子化合物，以冰晶石（）作助熔剂，使在熔化，电离为和而被电解。答案：略例3：有X、Y、Z、W四种金属。已知的碱性大于，可使Z氧化，W可与热水反应产生，X不能与热水反应，把X的金属片插入稀，让金属丝Z与X接触，则X的溶解速率加快。这四种金属活动性强弱的关系一定是（）A.B.C.D.解析：在分析此题时易根据“的碱性大于”，而错选A。忽略了“主族元素的最高价氧化物的水化物碱性越强，则金属的活动性越强”，这一前提；易根据“可使Z氧化”而错选D。忽略了的反应，推导可使Z氧化，并非X不如Z活泼；易根据前两个原因而错选B。正确思路应由W、X与水的反应情况判断的活动性，由、形成原电池推知金属活动性，综合起来。答案：C例4：某高炉每天生产含铁96%的生铁70t，计算需用含20%杂质的赤铁矿（主要是含Fe2O3）多少t？分析：本题是反应物和生成物均含有杂质的基本计算题，解题时要把不纯物质的质量，通过纯度换称成纯净物质的质量，然后利用关系式进行计算。高温解：设：所需含20%杂质的赤铁矿的质量为x。Fe2O3+3CO2Fe+3CO2∴Fe2O32Fe160t56×2t(1-20%)·x70×96%t160:56×2=(1-20%)·x:70×96%x=120t答：需用含20%杂质的赤铁矿石为120t。【巩固练习】一、选择题（每小题有1—2个选项符合题意）1、下列各种方法中，适用于炼制相应金属的是（）A、加热氧化铜B、氧化镁跟铝粉共热C、用焦炭还原氧化铜D、电解熔融氯化钠2、下列化工生产过程中的反应原理，不涉及氧化还原反应的是（）A、用铁矿石和焦炭为原料炼铁B、用空气、水煤气为原料制硝酸铵C、用石灰石、碤、纯碱为原料制玻璃D、用饱和食盐水、氨水和二氧化碳气体制纯碱3、下列金属①铁②镁③锰④钒⑤铬可用铝热法制备的有（）A、①②④B、①②③⑤C、①③④⑤D、①②③④⑤4、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、Ba、Mg、AlB、Na、K、Zn、FeC、Zn、Fe、Cu、AgD、Mg、Al、Zn、Fe5、在高温下用CO还原mg氧化铁得ng铁，氧的原子量为16，则铁的相对原子质量为（）A、B、C、D、6、用H2气还原某二价金属的氧化物使其成为单质，每1g氢气可还原36g氧化物，则此金属可能是下列的（）A、ZnB、PbC、FeD、Cu7、用1g含脉石（SiO2）的黄铁矿（FeS2）试样在氧气中灼烧一段时间后，得到残渣0.8g，则此试样中铁的质量分数为（）A、28%B、40%C、32%D、60%8、将3.6g炭粉跟含Fe3O480%的磁铁矿粉29g混合后，隔绝空气加强热反应后收集到的气体恢复到标况时，其体积为6.72L，则气体是（）A、全部是CO2B、CO和CO2各占一半C、全部是COD、CO、CO2的混合物其中CO体积占9、工业上生产金属钾是在一定温度下，用金属钠跟氯化钾反应。下面是四种物质的熔点和沸点：KNaKClNaCl熔点1℃63.697.8770801沸点1℃774882.91500(升华)1413根据平衡移动原理，可推知用钠与氯化钾反应制取金属钾的适宜温度是（）A、低于770℃B、850℃C、高于882.9℃D、1413℃--1500℃10、冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法②水煤气法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。现代有：（Ⅲ）铝热反应炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是（）A、Ⅰ①B、Ⅱ②C、Ⅲ③D、Ⅳ④二、填空题：11、写出下列冶炼金属的化学反应方程式：（1）用红锌矿（ZnO）冶炼锌（2）用磁铁矿（Fe3O4）冶炼铁（3）用铝矾土（Al2O3）冶炼铝（4）用食盐（NaCl）冶炼钠12、高温灼烧孔雀石[Cu2(OH)2·CO3]和木炭的混合物可得到一种紫红色光泽的金属，其发生的化学方程式为，。13、用纯净的铝土矿（Al2O3）、冰晶石和二氧化锰作原料可制取金属锰（冰晶石作Al2O3的熔剂），其化学反应方程式为，。14、将0.4g铁的氧化物，在高温下用足量的CO使其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75g固体沉淀物。则这种铁的氧化物的化学式应是。15、某课外活动小组拟用下列装置做炼铁原理的实验，同时检测氧化铁的纯度（假设矿石不含其他与一氧化碳反应的成分），并除去尾气。已知草酸与浓硫酸共热生成一氧化碳、二氧化碳和水。回答下列问题：（1）若制得的气体从左向右流向时，上述仪器组装连接的顺序是（用a、b等表示）接，接，接，接。（2）装置乙的作用是；装置丙的目的是。（3）实验结束时，先熄灭戊处的酒精灯，再熄灭甲处的酒精灯，其主要原因是。（4）实验前氧化铁矿粉末的质量为wg，实验测得乙和丙的质量分别增加了xg和yg，则氧化铁矿中氧化铁的质量分数为。【参考答案】1、CD2、CD3、C4、A5、B6、C7、A8、D9、B10、B11、（1）ZnO+CO△Zn+CO2电解熔融（2）Fe3O4+4CO△3Fe+4CO2（3）2Al2O34Al+3O2↑电解熔融（4）2NaCl2Na+Cl2↑12、Cu2(OH)2CO3△2CuO+H2O+CO2↑电解熔融、冰晶名CuO+CO△Cu+CO213、2Al2O34Al+3O2↑3MnO2+4Al3M+2Al2O314、Fe2O315、(1)ad,ef,gh,ib(2)吸收生成的CO2，并点燃除去CO；吸收CO2(3)防止氧化铁还原生成的铁重新被氧化，使红热的铁在CO气流保护下冷却(4)高温