高中化学 第四章 第一节 金属矿物的开发利用 第1课时课后作业 新人教版必修2 6页

第 1 课时 金属矿物的开发利用 一、金属在自然界中的存在形式 1．金、铂等极少数金属以________形式存在。 2．绝大多数金属以________形式存在。在金属化合物中，金属元素都显______。 二、金属的冶炼方法 1．热分解法 适用于________金属的冶炼。 (1)加热分解 HgO： ________________________________________________________________________。 (2)加热分解 Ag2O： ________________________________________________________________________。 2．电解法 适用于______金属的冶炼。 (1)冶炼金属钠： ________________________________________________________________________。 (2)冶炼金属镁： ________________________________________________________________________。 (3)冶炼金属铝： ________________________________________________________________________。 3．高温还原法 适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有__________、__________、________ 等。 (1)高炉炼铁： ________________________________________________________________________。 (2)铝热反应炼铁： ________________________________________________________________________。 (3)用氢气还原氧化铜： ________________________________________________________________________。 4．其他方法 (1)湿法炼铜： ________________________________________________________________________。 (2)火法炼铜： ________________________________________________________________________。 三、铝热反应实验探究 实验 装置 及操作 实验 现象 镁条________，放出一定的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下 发生剧烈的反应；反应放出________，并发出__________；纸漏斗 的下部被烧穿，有熔融物落入沙中；待熔融物冷却后，除去外层熔 渣，仔细观察，可以发现落下的是____ 原因 分析 镁条燃烧，放出一定的热量，KClO3作为______在受热状态下发生分 解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应： ____________________________________________________，该反 应放出________，发出____________，生成的______在高温下呈熔 融状态 原理 应用 该反应中铝在高温下还原出了______，在冶金工业上也常用这一原 理制取________的金属，如：钒、铬、锰等，3MnO2＋4Al===== 高温 2Al2O3 ＋3Mn，另外该反应原理可以应用在生产上，如________等 四、有效利用金属资源的途径 1．提高金属矿物的________； 2．减少金属的________； 3．加强金属资源的____________； 4．使用__________代替金属材料。 知识点一 金属的冶炼原理 1．下列叙述中正确的是( ) A．含金属元素的离子一定是阳离子 B．在氧化还原反应中，非金属单质一定是氧化剂 C．某元素由化合态变为游离态，该元素一定被还原 D．金属阳离子被还原时，不一定得到金属单质 2．有关金属的冶炼原理下列说法正确的是( ) A．肯定发生的是置换反应 B．肯定发生的是分解反应 C．肯定发生的是氧化还原反应 D．只能用金属作还原剂冶炼金属 3．用铝热法还原下列化合物，制得金属各 1 mol，消耗铝最少的是( ) A．MnO2 B．WO3 C．Co3O4 D．Cr2O3 知识点二 金属的冶炼方法 4．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③ D．(Ⅳ)用④ 5．下列各组金属最适合用 H2或 CO 把它们从化合物中还原出来的是( ) A．Ca、Mg B．Al、Fe C．Fe、Cu D．Hg、Ag 6．均能将 Fe2O3还原成 Fe 的一组物质是( ) A．CO、O2、H2 B．CO、H2、C C．CO2、H2O、O2 D．CO2、O2、C 知识点三 铝热反应 7．铝能用来冶炼难熔金属(如 Cr、V、Mn 等)，这是因为铝( ) A．有两性 B．有良好的导电性 C．熔点低 D．有还原性，且在反应中放出大量热 8．如图所示，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 纸漏斗取出，在底部剪一个小孔，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 5 g 炒干的氧化铁粉末和 2 g 铝粉混合均匀，放在纸漏斗中， 上面加上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________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：____________________。 练基础落实 1．金属冶炼的实质是( ) A．金属元素失去电子 B．金属元素获得电子 C．金属元素被氧化了 D．金属元素可能被氧化了，也可能被还原了 2．金属材料在日常生活、生产中有着广泛的运用，下列关于金属的说法不正确的是 ( ) A．越活泼的金属越难冶炼 B．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同 C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D．工业上金属 Mg、Al 都是用电解其熔融的氯化物制得的 3．从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近几百 年 的事。下列跟这个先后顺序有关的是( ) ①地壳中金属元素的含量 ②金属活动性顺序 ③金属的导电性 ④金属冶炼的难易 程 度 ⑤金属的延展性 A．①③ B．②⑤ C．③⑤ D．②④ 4．能用热分解法制得的金属是( ) A．Fe B．Ag C．Mg D．Na 5．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是( ) A．2NaCl(熔融)===== 电解 2Na＋Cl2↑ B．Al2O3＋3C ===== 2 125℃ 2Al＋3CO↑ C．Fe2O3＋3CO===== 高温 2Fe＋3CO2 D．2Ag2O===== △ 4Ag＋O2↑ 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 1 500(升华) 1 431 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．1 413～1 500 ℃ 7．某无色气体 X 可和红热的单质固体 Y 反应，得到另一种无色气体 Z，Y 和 Z 都可以 和灼热的三氧化二铁反应生成 X，则 X、Z 分别是( ) A．CO2、CO B．O2、CO2 C．CO、O2 D．CO、CO2 练方法技巧 ——金属冶炼的计算技巧 8．有 0.4 g 铁的氧化物，用足量的 CO 在高温下将其还原，把生成的 CO2全部通入足量 澄清石灰水中，得到 0.75 g 沉淀。这种铁的氧化物的化学式是( ) A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．FeO 和 Fe2O3 9．将氢气通过 10 g 氧化铜粉末加热片刻，冷却后剩余固体的质量为 8.4 g，那么下列 计 算正确的是( ) A．有 1.6 g 水生成 B．有 8.4 g 铜生成 C．有 80%的氧化铜被还原 D．实验时所消耗的氢气不足 0.2 g 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 练综合拓展 10．关于铝的冶炼，有以下一些问题，请你通过努力，争取完成。 (1)工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的 Al2O3，然后电解 Al2O3/Na3AlF6得到铝。也 可用电解 NaCl—KCl—AlCl3共熔体方法制铝，且比电解 Al2O3/Na3AlF6制铝节省电能约 30%，但现在仍用前一种方法制铝，其主要原因是( ) A．AlCl3是共价化合物，其熔融体不导电 B．电解 AlCl3生成的 Cl2会污染大气 C．自然界不存在富含 AlCl3的矿石 D．生产无水 AlCl3较困难，成本又较高 (2)把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电 一 段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为( ) A．1∶2∶3 B．3∶2∶1 C．6∶3∶1 D．6∶3∶2 (3)讨论：含有活泼金属元素的化合物一定是离子化合物吗？并设计简单实验证明你的 结 论。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _ ____________________________________________________________________ 第四章 化学与自然资源的开发利用 第一节 开发利用金属矿物和海水资源 第 1课时 金属矿物的开发利用 基础落实 一、 1．游离态 2．化合态 正价 二、 1．不活泼 (1)2HgO===== △ 2Hg＋O2↑ (2)2Ag2O===== △ 4Ag＋O2↑ 2．活泼 (1)2NaCl(熔融)===== 电解 2Na＋Cl2↑ (2)MgCl2(熔融)===== 电解 Mg＋Cl2↑ (3)2Al2O3(熔融)===== 电解 4Al＋3O2↑ 3．焦炭 一氧化碳 氢气 (1)Fe2O3＋3CO===== 高温 2Fe＋3CO2 (2)Fe2O3＋2Al===== 高温 2Fe＋ Al2O3 (3)CuO＋H2===== 高温 Cu＋H2O 4．(1)CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4 (2)Cu2S＋O2===== 高温 2Cu＋SO2 三、 剧烈燃烧 大量的热 耀眼的白光 铁珠 引燃剂 2Al＋Fe2O3===== 高温 2Fe＋Al2O3 大 量的热 耀眼的白光 铁 单质铁 熔点较高 焊接钢轨 四、 1．利用率 2．使用量 3．回收和再利用 4．其他材料 对点训练 1．D [A 中如 MnO － 4 、AlO － 2 都是阴离子；B 中如 H2、C 在还原金属氧化物时，都作还原 剂；C 中如 2Cl－→Cl2，非金属阴离子变成非金属单质时，化合价升高，被氧化；D中如 Fe3 ＋ →Fe 2＋ ，正确。] 2．C [金属大部分以化合态形式存在于自然界中，且金属元素无负化合价，所以金属 冶炼的实质是将化合态金属元素还原为游离态，必定发生氧化还原反应，但是不一定是置换 反应，如 CO 还原 Fe2O3。还原剂可以是金属，如 Fe 还原 CuSO4，也可以是非金属，如 H2还原 CuO。] 3．C [利用电子守恒：制 1 mol Mn，需电子 4 mol，制 1 mol W，需电子 6 mol，制 1 mol Co，需电子 8 3 mol，制 1 mol Cr，需电子 3 mol，可见制 1 mol Co 消耗 Al 最少。] 4．B 5．C [金属活动性顺序中，K→Al 等较活泼的金属一般用电解法，Zn→Cu 等较不活泼 的金属一般用热还原法，Hg 等可用热分解法，当然各金属的冶炼方法无严格的界线，如 Cu 可用热还原法，也可用电解法。] 6．B [CO、H2、C 等还原剂均可将 Fe2O3还原为 Fe。] 7．D [活泼的金属可以作还原剂，将相对不活泼的金属还原出来，铝热反应放出大量 的热，使炼得的金属变为液态，便于分离。] 8．(1)Fe2O3＋2Al===== 高温 Al2O3＋2Fe 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 引起氯酸钾分解 引发铝热反应 解析 (1)铝热反应为 2Al＋Fe2O3===== 高温 2Fe＋Al2O3，该反应中 Fe2O3作氧化剂，Al 作还原 剂。 (2)①②③④全为该铝热反应的现象。 (3)铝热反应实验中①为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；②为防止 溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛细沙；③反应中镁条引起氯酸钾分解；④氯酸钾引发铝热反 应。 课后作业 1．B [大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在，其化合价为正价，在冶炼过程 中得电子被还原，故 B 项正确。] 2．D [金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子，因此金属越活泼， 对应金属阳离子氧化性越弱，则金属越难冶炼，A、C 正确；合金要比各成分金属的熔、沸 点低，硬度大，B 正确；因为 AlCl3为共价化合物，其熔融态不导电，因此不能用电解 AlCl3 的方法来冶炼铝，而通常用电解 Al2O3的方法。] 3．D [金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度。] 4．B [热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼，它们的化合物大多数不稳 定，受热时能够分解为相应的金属单质；而活泼金属的化合物一般相当稳定，受热难分解。 因此，比较活泼的钠、镁和铁不能够通过热分解法制得。] 5．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生产实 际。] 6．C [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．A [由 Y 和 Z 都可以和灼热的 Fe2O3反应生成 X，可判断 X 为 CO2，Y为 C。CO2和红热 的炭反应制得 CO。] 8．B [CO 和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个 O 原子可以生成一个 CO2分子，每一 个 CO2分子可以生成一个 CaCO3，所以有下列的关系式，假设 0.4 g 该氧化物中含 x g O O～CO2～CaCO3 16 100 x 0.75 g 解得 x＝0.12 N Fe N O ＝ 0.4 g－0.12 g 56 g·mol －1 ∶ 0.12 g 16 g·mol －1 ＝2∶3。] 9．C [10 g CuO 粉末反应后固体的质量为 8.4 g，即减少了 1.6 g，该差量应该是生 成的水中氧元素的质量，生成水中氧元素的物质的量为 0.1 mol；水的物质的量为 0.1 mol， 质量为 1.8 g，A 项不正确；反应的 CuO 的物质的量为 0.1 mol，其质量为 8 g，CuO 的转化 率为 80%，C 项正确；生成 Cu 的物质的量为 0.1 mol，消耗 H2的质量为 0.2 g，加上在加热 之前排除空气及停止加热后继续冷却通入的氢气，总质量超过 0.2 g，D 项不正确。所以应 该选 C。] 10．(1)CD (2)D (3)不一定。将 AlCl3固体加热使之熔化，测其导电性，若不导电， 即证明 AlCl3不是离子化合物，是共价化合物。 解析 本题是对电解冶炼铝知识的挖掘，考查了学生运用知识分析问题和解决问题的能 力，综合性较强，有一定的挑战性。 (1)题中已说明：可以用电解 NaCl—KCl—AlCl3共熔体方法制铝，所以 A 选项理由不成 立；Cl2虽然会污染大气，但电解 NaCl 制金属钠时也产生 Cl2，况且 Cl2还是重要的化工原料， 所以排除 B；AlCl3能溶于水，自然界中不会存在 AlCl3矿石，所以 C 正确；电解炼铝的电解 槽中不能有水，而生产无水 AlCl3较困难，成本高，所以 D 正确。 (2)按照串联电路的特点可知，各个电极流过电子的物质的量都是相等的，再根据金属 离子的价态计算出产生三种金属的物质的量之比为 6∶3∶2，所以选 D项。 (3)铝是活泼金属，但 AlCl3是共价化合物。将 AlCl3加热使之熔化，测其导电性，若不 导电，则说明 AlCl3不是离子化合物，而是共价化合物。