高中化学全程学习方略课件：3.2.1 从自然界获取铁和铜

欢迎进入化学课堂 例 已知Al Cu Hg三种金属分别用如下方法冶炼 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 H2 CuO Cu H2O2HgO 2Hg O2 1 分析以上信息 可总结出金属的冶炼方法与其金属性强弱之间的关系是 电解 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 规范解答 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 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 Ca Cl2 3 4Al 3MnO2 2Al2O3 3Mn 电解 高温 变式训练 冶炼金属一般有下列四种方法 焦炭法 水煤气 或氢气 或一氧化碳 法 活泼金属置换法 电解法 四种方法在工业上均有应用 古代有 火烧孔雀石炼铜 湿法炼铜 现代有 铝热法炼铬 从光卤石 MgCl2 KCl 6H2O 中炼镁 对它们的冶炼方法的分析不正确的是 A 用 B 用 C 用 D 用 解析 选B 对于 发生的反应分别是 Cu2 OH 2CO3 2CuO H2O CO2 2CuO C 2Cu CO2 适合用 CuSO4 Fe FeSO4 Cu 适合用 2Al Cr2O3 2Cr Al2O3 适合用 先从光卤石中提取MgCl2 再电解MgCl2 MgCl2 熔融 Mg Cl2 适合用 综上分析 答案为B 高温 电解 1 下列矿物的名称和其中的主要成分 括号内的化学式 不对应的是 A 铝土矿 Al2O3 B 黄铜矿 Cu OH 2 CuCO3 C 磁铁矿 Fe3O4 D 重晶石矿 BaSO4 解析 选B 黄铜矿的主要成分是CuFeS2 Cu OH 2 CuCO3是孔雀石的主要成分 2 2010 杭州高一检测 已知一些金属单质的发现与其金属活动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 解析 选B 金属的冶炼就是使化合态的阳离子还原成游离态的金属单质 金属越活泼 对应离子得电子的能力越弱 越难被还原 冶炼时所需要的条件越高 开发利用年代越晚 金 银 铜的金属性比铁的弱 开发利用年代比铁的早 锌 铝 钠比铁活泼 开发利用年代比铁的晚 3 下列冶炼方法中 可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CaCO3C 电解熔融NaClD 氯化钠与铝粉高温共热 解析 选C Al和Ca都是性质很活泼的金属 不能用加热分解法制得 A B不符合题意 铝的性质没有钠活泼 无法从氯化钠中置换出金属钠 故D不符合题意 电解熔融NaCl可以得到钠 本题选C 4 2010 渭南高一检测 下列材料中没有涉及金属材料的是 解析 选D 石英的主要成分是二氧化硅 属于无机非金属材料 5 Fe是地壳中含量很丰富的元素 也是生物体所必需的元素 自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿 金属铁是在高炉中冶炼的 高炉炼铁除了加入铁矿石外 还需加入焦炭和石灰石 请填空 1 写出磁铁矿主要成分的化学式 2 写出赤铁矿还原成铁的化学方程式 3 写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式 4 写出CaCO3所参与反应的两个化学方程式 解析 本题考查的是铁的冶炼的有关基础知识 特别要注意两点 1 还原剂实际上是CO而不是C 2 CaCO3的作用为分解产生CaO 以除去铁矿石中的脉石 SiO2 答案 1 Fe3O4 2 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 写成Fe2O3 3C 2Fe 3CO 也可 3 C O2 CO2 CO2 C 2CO 4 CaCO3 CaO CO2 CaO SiO2 CaSiO3 高温 高温 点燃 高温 高温 高温 A组 30分钟50分 一 选择题 本题共4小题 每小题6分 共24分 1 某地有 天明得晚黑得快 洗脸快不如脸脏得快 一说 这是因为该地从早到晚一直处于红棕色烟雾中 附近居民深受其害 你估计这一空气污染物中可能含有 A 煤炭粉尘B P2O5粉尘C SiO2粉尘D Fe2O3粉尘 解析 选D 煤炭粉尘呈黑色 P2O5粉尘和SiO2粉尘都呈白色 Fe2O3粉尘呈红棕色 2 双选 下列说法正确的是 A 有些活泼金属如铝可用作热还原法的还原剂B 用电解NaCl溶液的方法来冶炼金属钠C 可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝D 回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 解析 选A D 本题主要考查金属的冶炼方法 铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属 如2Al Fe2O3 2Fe Al2O3 A项对 电解NaCl溶液不能得到金属钠 金属钠应该用电解熔融NaCl的方法制取 B项错 铝是活泼金属 很难用还原剂把它还原出来 C项错 D项对 高温 3 2010 三明模拟 某铁合金耐腐蚀 强度大 该铁合金与铁的部分物理性质如下表 该铁合金不适合做 A 刀具B 导线C 门窗框D 飞机外壳 解析 选B 该铁合金硬度大 适合做刀具 硬度大 密度小 适合做门窗框 飞机外壳等 导电性差 不适合做导线 4 用H2将某二价金属的氧化物还原成单质 1gH2可还原36g这种氧化物 则此金属可能是下列的 A ZnB PbC FeD Cu 解析 选C 假设二价金属的氧化物的化学式为MO 则其和氢气反应的化学方程式为 MO H2 M H2O 所以n H2 n MO M MO 即M M 16 72 解得M M 56 该金属为Fe 二 非选择题 本题共2小题 共26分 5 12分 2010 云南师大附中高一检测 煤炭中以FeS2形式存在的硫 在有水和空气及脱硫微生物存在下发生生物氧化还原反应 有关反应的离子方程式依次为 2FeS2 7O2 2H2O 4H 2Fe2 4Fe2 O2 4H 4Fe3 微生物 微生物 FeS2 2Fe3 3Fe2 2S 2S 3O2 2H2O 4H 2SO42 已知 FeS2中的硫元素为 1价 回答下列问题 1 根据质量守恒定律和电荷守恒定律 将上述 离子方程式补充完整 2 反应 的还原剂是 3 观察上述反应 FeS2最终转化为 从煤炭中分离出来 微生物 微生物 解析 1 根据电荷守恒定律 反应 左边没有电荷 右边已有8个正电荷 还缺8个负电荷 结合质量守恒定律 反应物中还含有4个S和16个O 其个数比为1 4 所以缺少4个SO42 根据电荷守恒定律 反应 左边有12个正电荷 右边已有12个正电荷 所以缺少一种电中性物质 结合质量守恒定律 反应物中还含有4个H和2个O 其个数比为2 1 所以缺少2个H2O 3 从上述四个反应可以看出 硫元素的变化过程为 FeS2 SO42 FeS2 S SO42 所以硫元素最终变为SO42 铁元素的变化过程为 FeS2 Fe2 Fe3 Fe2 所以铁元素最终变成Fe2 答案 1 4SO42 2H2O 2 FeS2 3 Fe2 和SO42 或FeSO4和H2SO4 6 14分 孔雀石的主要成分为Cu2 OH 2CO3 某校化学兴趣小组的同学设计从孔雀石中冶炼铜的方案如下 回答下列问题 1 在粉碎后的孔雀石中加入稀硫酸 观察到的现象是 反应的离子方程式是 2 操作a中用到的玻璃仪器是 3 A的化学式为 在悬浊液中加入A的目的是 4 操作b包括洗涤和低温烘干 作用是 5 有同学认为 利用铁屑和稀硫酸 不通过上述实验方案 也能从孔雀石中冶炼铜 请你用简洁的文字说明不同方案的实验原理 解析 Cu2 OH 2CO3和稀硫酸反应生成硫酸铜 二氧化碳和水 从所得的混合物中分离出溶液的方法是过滤 所用的玻璃仪器是烧杯 玻璃棒 漏斗等 所得到的溶液为硫酸铜溶液 向硫酸铜溶液中加入过量的铁屑置换出铜 再加入稀硫酸除去过量的铁屑 然后过滤 洗涤 干燥即得到纯净的铜 以孔雀石 铁屑和稀硫酸制取单质铜的另一种方案如下 FeH2 Cu2 OH 2CO3CuOCu H2SO4溶液 H2 答案 1 固体溶解 生成蓝色溶液和无色气体Cu2 OH 2CO3 4H 2Cu2 CO2 3H2O 2 玻璃棒 漏斗 烧杯 3 H2SO4除去未反应的铁 4 得到纯净的铜 5 先将孔雀石加热分解生成CuO 再用铁屑和稀硫酸反应产生的氢气在加热的条件下还原CuO B组1 已知某黄铜矿 主要成分是CuFeS2 样品中硫元素的质量分数为29 75 则黄铜矿样品中铁元素的质量分数为 A 26 03 B 29 75 C 40 5 D 85 53 解析 选A 假设黄铜矿样品的质量为100g 则m S 100g 29 75 29 75g 由关系式 Fe 2S 所以有n S 2n Fe n Fe m Fe 56g mol 26 03g 即黄铜矿样品中铁元素的质量分数为26 03 2 某化工厂排放的污水中含有Mg2 Fe3 Cu2 Hg2 四种离子 甲 乙 丙三位学生分别设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案 1 甲 乙 丙提出的实验方案是否能得到纯净的金属铜 填 能 或 不能 甲 乙 丙 2 在能制得铜的方案中 哪一步操作会导致环境污染 应增加哪些措施防止污染 解析 1 甲实验方案中的滤渣的成分是Mg OH 2 Fe OH 3 Cu OH 2 Hg OH 2 加热后的残渣为MgO Fe2O3 CuO Hg OH 2分解成汞蒸气 经H2还原得到的铜含有MgO Fe 乙实验方案中的滤渣的成分是Cu Fe Hg 加热后的残渣为CuO Fe3O4 经H2还原得到的铜含有Fe 丙实验方案中加入过量铁粉后的滤渣成分是Cu Fe Hg 加入盐酸后的滤渣为Cu Hg 加热后Hg蒸发 残渣为CuO 经H2还原得到的铜不含杂质 2 丙实验方案能得到纯净的金属铜 其步骤 中产生有毒的汞蒸气 应增加冷凝回收装置 答案 1 不能不能能 2 丙方案的 步增加冷凝回收装置 课外活动小组用如图所示装置验证高炉炼铁中铁矿石还原的反应原理 反应所需CO用草酸 H2C2O4 通过下面反应制得 H2C2O4CO2 CO H2O 回答下列问题 1 实验可分几步进行 点燃A处的酒精灯 检查装置的气密性 然后放入试剂药品 点燃E处导管排出的CO 点燃D处的酒精灯 装置D中氧化铁变黑色后 熄灭D处的酒精灯 D处管中固体冷却后 熄灭A处的酒精灯 正确的操作顺序是 2 装置B盛的是浓NaOH溶液 作用是 装置C盛的是浓H2SO4 作用是 3 装置E中盛的试剂最好是 填标号 A 饱和氢氧化钡溶液B 饱和碳酸钠溶液C 澄清石灰水D 饱和碳酸氢钠溶液 4 若实验前氧化铁粉末样品为mg 实验后E的质量增加ng 则这种氧化铁样品中氧化铁的质量分数是 解析 1 本实验用到三个酒精灯 A处酒精灯提供制取CO所需要的热源 D处酒精灯提供CO还原Fe2O3所需要的热源 F处酒精灯用来点燃未反应的CO 防止其污染环境 若先点燃D处酒精灯 则CO可能会与装置内空气反应发生爆炸 只有在排净装置内的空气后方可点燃D处的酒精灯 点燃A处酒精灯后 反应就会产生CO 必须除去 所以再应点燃F处酒精灯 最后点燃D处酒精灯 反应结束后 若先熄灭A处酒精灯 则空气会进入D装置将热的铁氧化 所以先熄灭D处酒精灯 继续通CO直至Fe完全冷却为止 F处酒精灯在此过程中一直 燃烧 保证将CO全部除去 2 通过该方法得到的CO中含有CO2和水蒸气 可以用浓NaOH溶液 浓H2SO4分别除去 3 从D装置出来的气体中含有CO2和CO 为了保证CO能够完全燃烧 必须将CO2全部除去 碳酸氢钠溶液不能吸收CO2 Ca OH 2的溶解度比较小 澄清石灰水浓度小 不能保证把CO2全部吸收 相同物质的量的氢氧化钡和碳酸钠 吸收足量的CO2时发生的反应是 Ba OH 2 2CO2 Ba HCO3 2和Na2CO3 CO2 H2O 2NaHCO3 前者消耗的CO2是后者的2倍 所以选用饱和氢氧化钡溶液最好 4 E中增重的ng为CO2的质量 由关系式 Fe2O3 3CO 3CO2 n Fe2O3 n CO2 mol m Fe2O3 所以氧化铁样品中氧化铁的质量分数是 答案 1 2 除去CO气体中的CO2除去CO气体中的水蒸气 3 a 4 1 下列矿石中可用作炼铁原料的有 赤铁矿 黄铁矿 磁铁矿 闪锌矿 菱铁矿 A 只有 和 B 只有 和 C 有 D 解析 选D 炼铁的原料是铁矿石 所以本题必须明确各种矿石的成分 依次为 Fe2O3 FeS2 Fe3O4 ZnS FeCO3 FeCO3 FeO CO2 故可用作炼铁原料的有 高温 2 把3 2g氧化铁完全还原 事先应准备的CO在标准状况下的体积为 A 1344mLB 672mLC 大于1344mLD 小于672mL 解析 选C 根据方程式Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2计算出所需CO体积的理论值为1344mL 而实验开始时 需先通入CO排尽玻璃管中的空气 实验结束时 停止加热后还需继续通入CO至玻璃管冷却 以防还原出来的铁被氧化 高温 3 焦炭是炼铁的主要原料之一 它在炼铁中的作用是 造渣材料 作燃料 作氧化剂 产生还原剂 A B C 只有 D 解析 选B 炼铁过程中碳被氧化 发生如下两个反应 C O2 CO2 CO2 C 2CO 第一个反应提供炼铁反应所需要的热量 第二个反应为炼铁提供还原 CO 点燃 高温 4 赤铜矿的成分是氧化亚铜 辉铜矿的成分是硫化亚铜 将赤铜矿与辉铜矿混合加热有以下反应 2Cu2O Cu2S 6Cu SO2 对于该反应 下列说法正确的是 A 该反应的氧化剂只有Cu2OB Cu既是氧化产物 又是还原产物C Cu2S在反应中既是氧化剂 又是还原剂D 还原产物与氧化产物的物质的量之比为1 6 解析 选C 反应中Cu的化合价由 1价降低到0价 所以Cu2S Cu2O作为氧化剂 2价的S化合价升高变成 4价的硫 所以Cu2S作为还原剂 SO2为氧化产物 Cu为还原产物 两者物质的量之比为1 6 5 冶炼金属常用以下几种方法 以C CO或H2作还原剂还原 以较活泼金属Na Mg等还原 利用铝热反应原理用Al还原 电解法 热分解法 下列金属各采用哪种方法还原最佳 1 Fe Zn Cu等中等活泼金属 2 Na 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 5 K Rb Cs Ti等金属通常还原方法是 解析 根据每种金属的特点选择最佳方案 其中 5 K Rb Cs Ti等利用的原理比较特别 不是用活泼金属置换不活泼金属 而是平衡的原理 如Na KCl NaCl K 抽离钾蒸气此反应得以继续进行 而Ti是用Na来置换的 4Na TiCl4 4NaCl Ti或用Mg来置换 2Mg TiCl4 2MgCl2 Ti 本题关键点 选择的方法应以节约原料和降低成本为标准 同时有较高的产率 并易分离 答案 1 2 3 4 5 熔化 熔融 熔融 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全