人教版化学必修2讲义第四章 化学与自然资源的开发利用 第1节 第1课时Word格式文档下载.docx

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（2）×

　（3）×

2．冶炼金属常用以下几种方法：

①以C、CO或H2作还原剂还原。

②用较活泼金属Na、Mg等还原。

③利用铝热反应原理用Al还原。

④电解法。

⑤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）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________。

答案　

（1）①　

（2）④　（3）⑤　（4）③

探究一、金属的活泼性与冶炼方法

【合作交流】

1．人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？

提示　金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。

金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。

金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。

2．从自然界中获得金属单质，是否都必须发生氧化还原反应？

提示　否。

有些金属单质化学性质稳定，如金、铂等，在自然界中主要以游离态形式存在，获得这些金属就不需要发生氧化还原反应，用富集的方法就可以，如淘金。

3．在金属中，铝元素在地壳中的含量居第一位，为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多？

提示　金属的发现和使用与金属的活动性密切相关，金属活动性越强，其相应的金属阳离子得电子的能力越弱，冶炼难度越大。

铝是一种活动性较强的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段——电解法进行冶炼，而铜和铁用一般的还原剂就可以达到目的，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。

【点拨提升】

1．金属的冶炼原理

金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：

2．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、

Al

Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu

Hg、Ag

Pt、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

3.常用的热还原法

【典题例证1】　下列金属冶炼原理错误的是（　　）

A．2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

B．MgO＋H2

Mg＋H2O

C．Fe3O4＋4CO

3Fe＋4CO2

D．2HgO

2Hg＋O2↑

解析　Na、Mg通常用电解法制取，Fe用还原剂法制取，Hg可用加热其化合物的方法制取。

Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，B项错。

答案　B

【学以致用1】　冶炼金属一般有下列四种方法：

①焦炭法　②水煤气（或氢气，或一氧化碳）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）铝热法炼铬；

（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是（　　）

A．（Ⅰ）用①　　　　B．（Ⅱ）用②

C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④

解析　选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。

（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应分别是

（Ⅰ）：

Cu2（OH）2CO3

2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO

2Cu＋CO2↑，符合①；

（Ⅱ）：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；

（Ⅲ）：

2Al＋Cr2O3

Al2O3＋2Cr，符合③；

（Ⅳ）：

先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑，符合④。

探究二、铝热反应

1．铝热反应实验中镁条与氯酸钾的作用是什么？

提示　镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO3分解，氯酸钾的作用是供氧剂。

2．为什么要在承接反应物的蒸发皿中垫有细沙？

提示　因为铝热反应是一个典型的放热反应，反应中放出的大量热能够使铁熔化，为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅出伤人，所以要垫细沙。

3．铝热反应在工业上有哪些重要应用？

提示　

（1）冶炼熔点高的金属，如钒、铬、锰等；

（2）在野外焊接钢轨。

1．铝热反应

概念

铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应

原理

Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来

铝热剂

铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物

反应特点

在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离

应用

冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；

焊接钢轨等

2.铝热反应实验

实验操作

实验现象

（1）镁条剧烈燃烧；

（2）氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；

（3）反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；

（4）纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

实验结论

在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热

注意事项

（1）镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃

（2）氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应

（3）要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出

（4）蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人

（5）实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤

【典题例证2】　如右图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。

把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。

把5g炒干的氧化铁粉末加2g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。

观察发生的现象。

通过以上实验信息，回答下列问题。

（1）写出该反应的化学方程式：

______________________________________________

________________________________________________________________________；

在该反应中，______________（填化学式，下同）是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。

（2）选出该实验的实验现象：

________（填写在横线上）。

①镁条剧烈燃烧；

②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；

③纸漏斗的下部被烧穿；

④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。

（3）写出下列操作或物质的作用：

内层纸漏斗底部剪一个孔：

______________________；

蒸发皿盛沙：

_______________________________________________________________；

镁条：

____________________________________________________________________；

氯酸钾：

__________________________________________________________________。

（4）如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？

解析　

（1）铝热反应为2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。

（2）①②③④均为铝热反应的现象。

（3）铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；

为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；

反应中镁条提供热量使氯酸钾分解；

氯酸钾分解引发铝热反应。

答案　

（1）2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3　Fe2O3　Al　铝热　

（2）①②③④　（3）使熔融物易于落下　防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害　引燃剂，引起氯酸钾分解　助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应　（4）用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。

【学以致用2】　如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：

（1）该实验装置中还缺________。

引发铝热反应的操作为

________________________________________________________________________。

（2）若将氧化铁换成氧化镁，该反应________（填“能”或“不能”）发生，理由是___________________________________________________________________________。

（3）铝热反应的用途有哪些？

_______________________________________________。

解析　

（1）利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。

（2）Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。

答案　

（1）镁条和氯酸钾　在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条

（2）不能　镁比铝活泼，铝不能置换镁

（3）用于焊接钢轨；

冶炼某些熔点高的金属（答案合理即可）

1．下列金属元素在自然界中可以以游离态形式存在的是（　　）

A．K　　　　　　　　B．Na

C．CaD．Au

答案　D

2．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：

①2C（焦炭）＋O2（空气）

2CO　②2Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主要原因是（　　）

A．CO过量

B．CO与铁矿石接触不充分

C．炼铁高炉的高度不够

D．CO与Fe2O3的反应有一定限度

解析　高炉炼铁的反应Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2为可逆反应，所以对焦炭的实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高CO的浓度，促进该反应正向移动。

3．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1mol，消耗铝最少的是（　　）

A．MnO2B．Cr2O3

C．WO3D．CuO

解析　制备1mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。

而生成1mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；

反之则越少。

在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。

4．下列反应原理不符合工业实际的是（　　）

A．2Ag2O

4Ag＋O2↑

B．4Al＋3MnO2

3Mn＋2Al2O3

C．2MgO

2Mg＋O2↑

D．2CuO＋C

2Cu＋CO2↑

解析　根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。

因为氧化镁的熔点很高，与电解熔融的氯化镁相比会消耗更多的能量。

答案　C

5．

（1）Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为_______________________________

________________________________________________________________________，

该反应中氧化剂是____________，还原剂是__________________________________。

（2）工业上电解冶炼铝的化学方程式为________________________________________

若电路中通过1mol电子，可以得到Al________g。

答案　

（1）8Al＋3Fe3O4

4Al2O3＋9Fe　Fe3O4　Al

（2）2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑　9

课时作业

1．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。

如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　由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。

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

A

2HgO

B

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

C

Cu2S＋O2

2Cu＋SO2

D

Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3

解析　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等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D正确，C错误。

3．成语、诗词话科学——对下列成语或诗句所描述现象的解释，你认为错误的是（　　）

成语或诗句

用化学知识解释

唐代李白诗句“风吹柳花满店香”

这是生活中常见的一种分子扩散运动

“烈火见真金”

金的性质稳定，在烈火中也不会发生反应

明代于谦诗句“粉身碎骨浑不怕”

它指石灰石碾碎成粉末状的物理变化过程

成语“百炼成钢”

通过反复锤炼，减少铁合金中碳元素的质量分数

解析　诗句“粉身碎骨浑不怕”，描述的是生石灰遇水生成氢氧化钙的过程，是化学过程。

4．下列冶炼方法中，不能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HgO

C．电解熔融NaClD．铝粉和Fe2O3共热

解析　金属钠是活泼金属，用电解法制取；

汞用加热HgO制取；

加热Al2O3难以分解；

铝粉和Fe2O3组成铝热剂，可将Fe2O3中的铁还原成单质。

答案　A

5．下列化工生产原理错误的是（　　）

①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠　②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁　③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝　④炼铁时高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热

A．②③B．①③

C．①②③D．②③④

解析　钠特别活泼，加入氯化镁溶液时钠先与水反应生成NaOH和H2，Mg2＋和OH－反应生成Mg（OH）2沉淀，②错；

冶炼铝使用的是Al2O3，③错；

高炉炼铁中所发生的反应并不都是放热反应，如C＋CO2

2CO为吸热反应，高炉炼铁仍需加热，④错。

6．金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。

若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。

已知四种物质的熔、沸点如下：

K

Na

KCl

NaCl

熔点（℃）

63.65

97.8

770

801

沸点（℃）

774

882.9

1500（升华）

1431

根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是（　　）

A．97.8～770℃B．770～774℃

C．774～882.9℃D．1413～1500℃

解析　在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。

但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na＋、K＋、Cl－和e－自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl首先沸腾者先逸出。

工业上，就是采用这种原理用Na还原K的，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。

7．金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。

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．热还原法

C．热分解法D．铝热法

解析　可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来判断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，都用电解法才能得到金属单质。

8．化学学科的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用。

下列认识正确的是（　　）

A．人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界的分布无关

B．人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品

C．工业上可用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、Al

D．工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4

解析　选项A，人类对金属的认识与其在自然界中的分布有着密切的关系。

选项B，石油是不可再生资源，总有一天，石油会消耗殆尽，它不是解决人类吃、穿、住、行最有效的方法。

选项C，AlCl3是共价化合物，熔融AlCl3不导电。

选项D，将铜粉放在稀硫酸中，不断通入空气，加热即可生成CuSO4。

9．铁是地壳中含量很丰富的元素，金属铁是在高炉中冶炼的，在冶金工业中，常用焦炭来冶炼铁。

（1）写出焦炭在高炉中所参与的两个反应的化学方程式：

（2）写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式：

_________________________________

（3）实验室中可用CO还原Fe2O3，在加热Fe2O3前应________，直到无________现象时才能点燃酒精灯加热，否则可能发生________现象，未反应完全的CO________（填“能”或“不能”）排放到大气中，应做________处理。

解析　

（1）在冶炼铁的过程中，为提高C的利用率，先发生反应C＋O2

CO2，再发生反应：

CO2＋C

2CO，用CO还原Fe2O3，接触更充分，效果更好。

（3）加热Fe2O3之前应先检验CO的纯度，否则会发生爆炸，由于CO有毒，故未完全反应的CO应点燃，以防污染环境。

答案　

（1）C＋O2

CO2，C＋CO2

2CO

（2）3CO＋Fe2O3

（3）验纯　爆鸣　爆炸　不能　点燃

10．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。

工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用以冶炼钛，主要有以下五个反应：

①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O

②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4

③H2TiO3

TiO2＋H2O

④TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4↑＋2CO↑

⑤TiCl4＋2Mg

2MgCl2＋Ti

（1）针对以上五个反应，下列叙述错误的是________。

A．反应①是非氧化还原反应

B．反应②生成了两种酸

C．反应④中的TiO2是氧化剂

D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强

（2）钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析正确的是________。

A．钛是像金、铂一样的不活泼金属

B．金属钛的表面易形成致密的氧化膜

C．钛与氧气、酸等腐蚀剂不反应

D．钛有很高的强度

解析　

（1）在反应①中没有化合价的变化，反应②中，化学式H2TiO3符合酸的一般化学式，它是钛酸的化学式；

反应④中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂；

反应⑤，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。

（2）题目中一开始就指出：

钛是一种活泼的金属，但是钛耐腐蚀性强，联系金属铝的性质，铝表面易形成致密的保护膜，阻止反应继续进行，以此类推钛，很容易选择B。

答案　

（1）C　

（2）B

11．铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。

某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如下：

（1）写出得到单质铁的化学方程式：

__________________________________________

（2）实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁：

_____________________________________________________________________

（3）装置末端气球的作用：

__________________________________________________。

实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入CO？

原因是什么？

________________

解析　

（2）检验是否生成铁单质，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体（H2），则证明生成了单质铁。

（3）反应结束后，得到的铁还是炽热的，若先停止通入CO，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。

答案　

（1）Fe2O3＋3CO

（2）取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无