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第一课时 从自然界获取铁和铜 考试要求1自然界铁、铜的存在形式(a/ a)2工业炼铁的反应原理(b/ b)3不锈钢的主要组成元素及其用途(/ a) 1常见的铁矿有磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)等，常见的铜矿有黄铜矿(CuFeS2)、孔雀石CuCO3Cu(OH)2等。2工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(CuFeS2)的方法获得粗铜后经过电解精炼得到精铜。3常见金属的冶炼方法：K、Ca、Na、Mg、Al用电解法；金属活动性顺序中ZnCu用高温还原法；Hg、Ag用热分解法；Cu、Zn还可用湿法冶炼。 1铁、铜的存在铁、铜在自然界中主要以化合态的形式存在。(1)铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)等。(2)铜矿有黄铜矿(主要成分为CuFeS2)、孔雀石主要成分为CuCO3Cu(OH)2等。2铁、铜的早期获取人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。所不同的是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”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。3铁的冶炼(1)设备：炼铁高炉。(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(3)主要反应还原剂的生成。a.生成CO2：CO2高温,CO2，b生成CO：CO2C高温,2CO。铁的生成：Fe2O33CO高温,2Fe3CO2。炉渣的形成：a.CaCO3高温,CaOCO2，bCaOSiO2高温,CaSiO3。特别提醒使用炼铁高炉得到的是含碳2%4.5%的生铁，生铁经过进一步冶炼，包括降碳，调硅锰，除硫、磷，得到含碳量0.03%2%的钢。4炼铜(1)工业炼铜：工业上采用高温冶炼黄铜矿(主要成分为CuFeS2)的方法得到铜。黄铜矿冰铜粗铜(含Ag、Au、Fe、Zn等杂质)精铜(2)生物炼铜(矿堆浸铜法)原理：CuSCuSO4Cu。特点：成本低、污染小、反应条件简单等。1高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是()A焦炭和一氧化碳都是还原剂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得到CO2D用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿解析：选A高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。2回答下列关于高炉炼铁的问题：(1)炼铁的原料有_。(2)焦炭的作用有两点：一是_，化学方程式为_；二是_，化学方程式为_。(3)铁矿石的作用是_，化学方程式(以赤铁矿为例)为_。(4)生石灰的作用是_，化学方程式为_。答案：(1)铁矿石、焦炭、空气、石灰石(2)燃料，提供能量CO2CO2生成还原剂CCO22CO(3)炼铁基础原料，作氧化剂Fe2O33CO2Fe3CO2(4)造渣材料CaCO3CaOCO2CaOSiO2CaSiO3 1金属的冶炼金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。2金属的活泼性与金属的冶炼方法(1)少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在，如金、铂等。大部分金属以化合态形式存在于自然界，金属越不活泼，从其化合物中还原出来越容易，金属越活泼从其化合物中还原出来越困难。(2)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：3高温还原法的冶炼金属的分类和优、缺点(1)分类(2)优、缺点用氢气还原法冶炼金属，纯度高，但成本也高；用一氧化碳和炭还原法冶炼金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法可以冶炼熔点高难冶炼的金属，成本较高。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)在自然界中金属都以化合态存在()(2)在金属化合物中金属元素都显正价()(3)金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生氧化反应()(4)金属的活动性越强，即金属失电子的能力越强()答案：(1)(2)(3)(4)2下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是()选项冶炼原理方法A2HgO2HgO2热分解法B2Al2O3(熔融)4Al3O2电解法CCu2SO22CuSO2热分解法DFe2O32Al2FeAl2O3高温还原法解析：选C活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用高温还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D正确。C错误，C项为火法炼铜。三级训练节节过关1下列说法不正确的是()A有些活泼金属如铝可作还原剂法的还原剂B用电解熔融的NaCl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C铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2AlFe2O3高温,2FeAl2O3；金属钠用电解熔融的NaCl的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。2目前工业上冶炼铝通常采用的方法是()ACO或H2还原法B铝热反应法C电解法 D热分解法解析：选C目前工业上冶炼金属铝采用的是电解熔融的Al2O3来得到金属铝。3下列反应能通过置换反应生成铁的是()ZnFeCl2(溶液)NaFeSO4(溶液)Fe2O3CO(高温)Fe3O4H2(高温)AlFe2O3(引燃)A BC D解析：选C中钠先与水反应生成NaOH，再与FeSO4发生复分解反应，并不能置换出铁；该反应虽然生成铁，但不是置换反应，其余皆符合题意。4冶炼金属一般有下列方法：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。(1)对下表中的金属冶炼方法进行分析，从上述四种方法中选择相应的序号填入空格中。火烧孔雀石炼铜湿法炼铜铝热法炼铬从光卤石(KClMgCl26H2O)中炼镁(2)各列举一个使用上述方法冶炼金属的例子(用化学方程式表示)。_；_；_；_。解析：(1)火烧孔雀石炼铜是用C还原孔雀石分解得到CuO，选；湿法炼铜和铝热法炼铬都是利用活泼金属置换较不活泼的金属，选；光卤石炼镁的反应为MgCl2(熔融)MgCl2，选；(2)金属活动性较强的金属、活动性介于ZnCu之间的金属、活动性较弱的金属分别采用电解法、高温还原法、热分解法冶炼。答案：(1)(2)2Fe2O33C4Fe3CO23H2WO3W3H2O3MnO24Al3Mn2Al2O32NaCl(熔融)2NaCl21下列说法中，不正确的是()A金属的冶炼，就是利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为还原剂C金属由化合态变为游离态，都是被还原D金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱解析：选B由金属冶炼的方法可知，金属冶炼时，除用高温还原法外，还可用电解法、热分解法，后两种方法不用加入还原剂，B不正确。2下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是()A2NaCl(熔融)2NaCl2BAl2O33C2Al3COCFe2O33CO2Fe3CO2D2Ag2O4AgO2解析：选B目前金属铝的制备方法是电解氧化铝，其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。3铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因是铝具有()A两性B导电性好C熔点低D还原性强，且反应放出大量热解析：选D铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因一是铝比铁、钒、铬、锰等活泼，铝能把其置换出来；二是反应放出大量的热使反应得以进行，D正确。4下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是()AMgCl2(熔融)MgCl2BTiCl44NaTi4NaClCAl2O33H22Al3H2ODFe3O44CO3Fe4CO2解析：选C工业上用电解Al2O3的方法制取单质Al。5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。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，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金属的活动性强弱解析：选D人类对材料的使用经历了一个由易到难，由简单到复杂的过程，所以金属活动性较差、容易冶炼的金属最先被人发现和利用。6用H2、C、CO分别与等质量的氧化铁在高温下反应，使氧化铁中的铁全部还原出来，消耗H2、C、CO的质量比为()A111 B1314C1614 D212解析：选B由3H2Fe2O3，CFe2O3,3COFe2O3可知，相同的质量的氧化铁需要的还原剂的质量比为：(32)(328)1314。7工业上，常用Mg还原法制取金属Ti，反应原理如下：2MgTiCl42MgCl2Ti。下列说法正确的是()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全部解析：选D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。8用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到60.0 g沉淀，则该氧化物是()AFeO BFe2O3CCuO DCu2O解析：选Bn(CO2)n(CaCO3)0.6 mol，则氧化物中氧元素也为0.6 mol，m(O)0.6 mol16 gmol19.6 g。金属的质量为32 g9.6 g22.4 g，假设为Fe元素，n(Fe)n(O)0.6 mol23；假设为Cu元素，n(Cu)n(O)0.6 mol712。9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；分解法。下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)。(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：_。解析：活泼的金属，如Na、Mg、Al用电解法冶炼，不活泼的金属，如Hg、Ag用热分解法冶炼，中等活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用高温还原法冶炼，难熔金属如V、Cr、Mn、W等用铝热反应冶炼。答案：(1)(2)(3)(4)10铁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)写出焦炭在高炉中所参与反应的两个化学方程式：_。(3)写出CaCO3所参与有关反应的两个化学方程式：_。解析：赤铁矿主要成分为Fe2O3，磁铁矿主要成分为Fe3O4，铁元素在这两种矿石中均以化合态形式存在。高炉炼铁就是用还原剂将铁矿石中的Fe还原出来的过程。答案：(1)Fe3O4(2)CO2CO2，CO2C2CO(3)CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO31下列关于钙、钾、铜的冶炼方法正确的是()A电解法、热分解法、热还原法B电解法、电解法、高温还原法C高温还原法、热分解法、高温还原法D电解法、电解法、热分解法解析：选B钙、钾是活泼的金属，应采用电解的方法冶炼，铜是中等活泼金属，采用高温还原方法来冶炼。2下列有关金属冶炼说法不正确的是()A电解饱和NaCl溶液制备NaB电解熔融的MgCl2制备MgCCO还原赤铁矿(Fe2O3)可用于炼铁DFe和CuSO4溶液的反应可用于湿法炼铜解析：选AA项，电解饱和氯化钠溶液得到氢气、氯气、氢氧化钠，不能得到Na单质，错误；B项，电解熔融的氯化镁可以制取Mg，正确；C项，CO具有还原性，可以还原金属氧化物为金属单质，正确；D项，Fe与硫酸铜发生置换反应得到Cu单质，被称为湿法炼铜，正确。3工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是()A碳还原法B铝热法还原C直接加热法D盐的水溶液与活泼金属置换法解析：选B冶炼难熔金属通常用铝热法。4在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的金属组是()ANa，Mg，Al BNa，K，Zn，FeCZn，Fe，Cu，Ag DMg，Al，Zn，Fe解析：选AA项，Na、Mg、Al都是活泼的金属，应该用电解的方法冶炼而不能用还原剂还原，正确；B项，Na、K用电解法冶炼，而Zn、Fe用高温还原法冶炼，错误；C项，Zn、Fe用高温还原法冶炼，而Cu、Ag用热分解的方法冶炼，错误；D项，Mg、Al用电解法冶炼，而Zn、Fe用高温还原法冶炼，错误。5下列有关金属的工业制法中，正确的是()A炼铜：用黄铜矿(主要成分为CuFeS2)直接电解精炼得到纯度为99.9%的铜B制铝：工业上电解熔融氯化铝来制备铝C制钠：电解饱和NaCl溶液D炼铁：用CO在高温下还原铁矿石中的铁解析：选D电解精炼铜时用粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜作电解液进行电解，A项错误；工业上电解熔融的氧化铝制备铝，B项错误；制取钠时电解的是熔融的氯化钠，C项错误，D项正确。6在熔融状态下，Na与KCl存在可逆反应：NaKClNaClK，通过调整温度，可利用金属Na来制取K。物质KNaKClNaCl熔点/63.697.8770801沸点/7748831 5001 413根据上表的熔点和沸点，确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为()A770 B801 C850 D770801 解析：选CK、Na的活泼性相近，要从上述可逆的置换反应中制取K，主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K汽化。其余三种物质均为液体，便于生成的K蒸气不断逸出，使反应向生成K的方向进行而制得K。在801883 合理。7用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol，消耗铝最少的是()AMnO2 BCr2O3CWO3 DCuO解析：选D得到1 mol金属时转移电子的物质的量越少，则消耗Al越少，从而可知，金属的化合价越低，被还原时，需要的电子越少，消耗的铝越少。8赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(Cu2O)，辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(Cu2S)，将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应：Cu2S2Cu2O6CuSO2。下列对于该反应的说法中，正确的是()该反应中的氧化剂只有Cu2OCu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂Cu既是氧化产物又是还原产物氧化产物与还原产物的物质的量之比为16A BC D解析：选D该反应中，Cu2S既是氧化剂又是还原剂，Cu2O是氧化剂；Cu是还原产物，SO2是氧化产物。9已知Al、Cu、Hg三种金属分别用如下方法冶炼：2Al2O3(熔融)4Al3O2，H2CuOCuH2O,2HgO2HgO2。(1)分析以上信息，可总结出金属冶炼方法与金属活动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，请据此法写出用MnO2冶炼金属锰的化学方程式：_。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，活泼的金属采用电解法冶炼(如K、Ca、Na、Mg、Al等)，中等活泼的金属用高温还原法冶炼(如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等)，不活泼的金属用热分解法冶炼(如Hg、Ag等)。(2)Ca是活泼的金属，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)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高温还原法冶炼，不活泼的金属一般采用热分解法冶炼(2)CaCl2(熔融)CaCl2(3)4Al3MnO22Al2O33Mn10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_。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、CO2等，其主要气态污染物是有毒的CO；回收利用CO，可用作燃料或作还原剂等。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、反应(3)CO2CO2，CO2C2CO，Fe2O33CO2Fe3CO2(4)CO作燃料(或还原剂)
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