2022高三化学一轮（全国版）1金属的冶炼

第三节金属的冶炼-1-1．金属元素概述、金属活动性顺序的判断规律及应用。2．金属冶炼原理、方法选择、步骤计算。3．金属的回收及资源保护。-1--1-金属在自然界中分布很广，由于不同金属的化学活动性相差很大，因此它们在自然界中的存在形式也各不相同。化学性质不活泼的金属，如金、铂及少量的银和铜，在自然界中能以

存在。化学性质比较活泼的金属(绝大多数)，在自然界中总是以

存在。-1-游离态化合态(2)金属的冶炼①原理金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来的过程。其实质是使金属化合物中的金属离子

。②步骤大多数金属矿石中含有石英、石灰石、长石等杂质，从金属矿石提炼金属一般需经过三个步骤：

矿石——

金属——

金属③方法金属活泼性不同，金属离子得电子能力就不同，采用的冶炼方法也不同。-1-得电子变成金属原子富集冶炼

精炼

a．热分解法：在金属活动性顺序中位于

的金属的氧化物受热即可分解。如：HgO Ag2O b．热还原法：在金属活动性顺序中位于

的金属的冶炼一般用焦炭、CO、H2和活泼金属作还原剂即可制得这些金属的单质。如：Fe2O3＋CO WO3＋H2 Cr2O3＋Al -1-铜后面Mg～Cu之间2Fe＋3CO2W＋3H2O2Cr＋Al2O32Hg＋O2↑4Ag＋O2↑22332c．电解法：此法适用于冶炼

等还原性很强的金属。如：

Al2O3 NaCl -1-K、Ca、Na、Mg、Al4Al＋3O2↑2Na＋Cl2↑22

下列金属冶炼的反应原理，错误的是(

)A．2NaCl 2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2 Mg＋H2OC．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2D．2HgO 2Hg＋O2↑【解析】钠、镁等活泼金属不能用普通还原剂还原，只能用电解熔融物的方法制取；铁为中等活泼的金属，可以用常用还原剂还原；不活泼的金属可以用分解其化合物的方法来制备。答案为B。【答案】

B-1-回收废旧金属，将其重新制成金属或它们的化合物，再进行使用，这样做既减少了

，防止

，又缓解了

短缺的矛盾。例如废旧钢铁可以用于炼钢；废铁屑可用于制铁盐；从电解精炼铜的阳极泥中，可回收金、银等贵重金属。从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银等。-1-垃圾量污染环境资源

废旧计算机的某些部件含有Zn、Fe、Cu、Ag、Pt(铂)、Au(金)等金属，经物理方法初步处理后，与足量稀盐酸充分反应，然后过滤。剩余的固体中不应有的金属是(

)A．Cu、Ag

B．Fe、ZnC．Pt、CuD．Ag、Au-1-

废旧计算机的某些部件含有Zn、Fe、Cu、Ag、Pt(铂)、Au(金)等金属，经物理方法初步处理后，与足量稀盐酸充分反应，然后过滤。剩余的固体中不应有的金属是(

)A．Cu、Ag

B．Fe、ZnC．Pt、Cu D．Ag、Au【解析】

依据金属活动顺序表，H前面的金属可与非氧化性酸反应而溶解。【答案】

B-1--1--1--1-金属活动顺序表KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu原子失去电子能力(或其还原性)强弱金属阳离子得电子能力或其氧化性弱―→(Fe2＋)―→强与氧气化合常温下易被氧化常温下缓慢被氧化加热被氧化不能被氧化置换水中H＋常温能置换加热时能置换不能置换置换酸中H＋能置换不能置换与盐溶液反应先与水反应较复杂前面的金属置换后面的金属自然界中存在化合态化合态和游离态游离态冶炼方法电解熔融物还原剂还原加热法富集

金属活动性顺序表的应用(1)判断金属与酸、盐溶液的置换反应。(2)判断金属还原性强弱及金属阳离子氧化性强弱。(3)判断金属氢氧化物受热分解情况。(4)定性判断或定量计算金属混合物的组成。(5)判断原电池的正、负极。(6)判断原电池、电解池中的电极反应。(7)选择适宜的方法对金属进行冶炼。-1-

某单质X能从含元素Y的盐溶液中置换出Y单质，由此可知 (

)A．当X、Y均为金属时，X一定比Y活泼B．当X、Y均为非金属时，Y一定比X活泼C．当X是金属时，Y一定是金属D．当X是非金属时，Y可能是金属，也可能是非金属【解析】

A项，如Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu；B项说明X比Y活泼；C项，如X是Mg，可与NH4Cl溶液作用产生H2；D项，在盐溶液中，没有非金属置换出金属的情况。【答案】

A-1-1．冶炼金属一般有下列4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。4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。对它们的冶炼方法不属于上述4种冶炼方法的是(

)A．(Ⅰ)①

B．(Ⅱ)②C．(Ⅲ)③ D．(Ⅳ)④-1-【解析】

4种方法有一个共同点，都是从金属化合物里把金属还原出来。焦炭、氢气、一氧化碳是常使用的还原剂，方法①、②一般冶炼不活泼或较活泼的金属，如铜、铁等。活泼金属置换法，一般在水溶液中进行，也可以是粉末状。在工业上利用铝热反应，用铝作还原剂冶炼难熔的金属，如钒、铬、锰等。活泼的金属一般采用电解的方法，电解熔融的氯化钠、氯化镁、氧化铝制取钠、镁、铝。(Ⅰ)孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，加热分解：Cu2(OH)2CO3 2CuO＋H2O＋CO2↑火烧时，使用的树木变为木炭，CuO再与木炭反应，-1-产生铜，属于焦炭法。C＋2CuO2Cu＋CO2↑符合①(Ⅱ)湿法炼铜是我国西汉时期用铁从某些含铜化合物的溶液中置换出铜，属活泼金属置换法。Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu适合于③(Ⅲ)是使铝粉和Cr2O3的混合物在高温下反应，置换出铬，反应产生的热量使铬熔化而分离。2Al＋Cr2O3 Al2O3＋2Cr适合于③(Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中可得到六水合氯化镁晶体，再采用通电分解熔融的氯化镁的方法制取镁。MgCl2 Mg＋Cl2↑符合④【答案】

B-1-Ⅰ.铜的化学性质铜是一种较不活泼的金属，化合价为＋1和＋2价。(1)与非金属单质反应①铜在常温下不和干燥空气反应，加热时发生氧化，在潮湿空气中可锈蚀。2Cu＋O2 2CuO(黑色)用此反应可除去混在氢气、一氧化碳中的少量O2。2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色)②Cu＋Cl2CuCl2(棕黄色)

2Cu＋SCu2S(黑色)-1-(2)与酸的反应①与稀盐酸、稀硫酸不反应。②与强氧化性酸反应Cu＋2H2SO4(浓) CuSO4＋SO2↑＋2H2OCu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O(3)与盐溶液反应Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2AgCu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋(腐蚀印刷电路板反应原理)-1-Ⅱ.铜的化合物(1)氧化物①CuO是不溶于水的碱性氧化物，具有较强的氧化性，在加热时能被CO、H2、C等还原，可与酸反应。CuO＋H2Cu＋H2O

2CuO＋C2Cu＋CO2↑CuO＋COCu＋CO2

CH3CH2OH＋CuO―→CH3CHO＋H2O＋Cu

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O②Cu2O呈砖红色，可用于制红色玻璃，Cu2O本身较稳定，但在酸液中易发生歧化反应生成Cu和Cu2＋。-1-Ⅱ.铜的化合物(1)氧化物①CuO是不溶于水的碱性氧化物，具有较强的氧化性，在加热时能被CO、H2、C等还原，可与酸反应。CuO＋H2Cu＋H2O

2CuO＋C2Cu＋CO2↑CuO＋COCu＋CO2

CH3CH2OH＋CuO―→CH3CHO＋H2O＋Cu

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O②Cu2O呈砖红色，可用于制红色玻璃，Cu2O本身较稳定，但在酸液中易发生歧化反应生成Cu和Cu2＋。-1-(2)Cu(OH)2蓝色固体，不稳定，常温或稍加热即分解生成黑色CuO。新制Cu(OH)2悬浊液可用来检验醛基的存在和多羟基化合物的存在，如含醛基化合物遇新制Cu(OH)2悬浊液时(微热)可生成砖红色沉淀(Cu2O)，多羟基化合物遇新制Cu(OH)2悬浊液时，则变为绛蓝色溶液。Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2OCu(OH)2 CuO＋H2OCH3CHO＋2Cu(OH)2CH3COOH＋Cu2O↓＋2H2O-1-(3)CuSO4白色粉末，有吸水性，吸水后由白色粉末变为蓝色晶体。利用这一性质常用于检验反应生成物中是否有水蒸气，也可用做干燥剂。CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O：蓝色晶体，俗称胆矾、蓝矾。胆矾受热可失去结晶水变成白色粉末，过热时，CuSO4会进一步分解出CuO。CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O将硫酸铜、生石灰和水按一定比例混合可配制成一种保护性杀菌剂——波尔多液。-1-(4)Cu2(OH)2CO3(碱式碳酸铜)铜锈的主要成分，为绿色(俗称铜绿)。(5)可溶性铜盐能与H2S或S2－反应生成黑色的CuS沉淀，它难溶于强酸，常用于Cu2＋的检验。铜作为一个常见金属，有关铜及其化合物的考查在高考题中经常出现。-1-(2008年广东)铜在自然界存在于多种矿石中，如下表：请回答下列问题：(1)上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是__________。-1-矿石名称黄铜矿斑铜矿辉铜矿孔雀石主要成分CuFeS2Cu5FeS4Cu2SCuCO3·Cu(OH)2(2)工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑，反应的氧化剂是__________。(3)SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是__________________________；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称__________。(4)黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：______________________________________________-1-(5)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是________(填字母)。-1-选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ对；有B铜表面易形成致密的氧化膜铜容器可以盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ对；有C铁比铜活泼铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈Ⅰ对；Ⅱ对；有D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用做游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ对；无【解析】本题考查学生对金属腐蚀、原电池和电解池的工作原理以及氧化还原反应的本质的理解；考查学生环保意识及学生运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。(1)根据四种矿石主要成分的化学式及元素的相对原子质量进行估算能快速选出Cu2S。(2)Cu2S和Cu2O中＋1价铜的化合价都降低了，所以二者都是氧化剂。(3)结合SO2的性质和用途来回答。(4)回忆课本电解原理的应用——粗铜的精炼。(5)A项铜绿主要成分是Cu2(OH)2CO3，可视为Cu(OH)2·CuCO3，所以铜绿能和盐酸反应，所以A项判断是正确的。B项，铜表面生锈生成的是铜绿，不是致密的-1-氧化物。铜和浓硫酸在温度较高时能反应，不能用铜容器盛放浓H2SO4，所以B项判断是错误的。C项陈述Ⅰ正确，陈述Ⅱ中铁铜在潮湿的空气中能组成原电池，发生电化腐蚀。所以C项的判断是错误的。D项，CuSO4·5H2O受热失水是化学变化。因为Cu2＋是重金属离子，可使蛋白质变性，有杀菌能力，故能作游泳池的消毒剂。所以D项判断是正确的。-1-【答案】

(1)Cu2S

(2)Cu2S和Cu2O(3)形成酸雨，会对植物和建筑物等造成严重危害硫酸、硫酸钠(4)以硫酸铜­硫酸溶液为电解液。电解时，粗铜(阳极)中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，不如铜活泼的金属沉入电解槽形成“阳极泥”；溶液中的Cu2＋得到电子沉积在纯铜(阴极)上(5)AD-1-2．氧化铜有多种用途，如用做玻璃着色剂、油类脱硫剂等。为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某同学用工业硫酸铜(含硫酸亚铁等杂质)进行如下实验：(1)制备氧化铜工业CuSO

CuSO4溶液,CuSO4·5H2O―→……―→CuO①步骤Ⅰ的目的是除不溶性杂质。操作是________。②步骤Ⅱ的目的是除铁。操作是：滴加H2O2溶液，稍加热；当Fe2＋转化完全后，慢慢加入Cu2(OH)2CO3粉末，搅拌，以控制溶液pH＝3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH＝1。控制溶液pH＝3.5的原因是______________________-1-③步骤Ⅲ的目的是得到CuSO4·5H2O晶体。操作是______________________，过滤，水浴加热烘干。水浴加热的特点是____________________________。(2)探究氧化铜性质①取A、B两支试管，往A中加入适量CuO粉末，再分别向A和B中加入等体积的3%H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡。结论是______________________。②为探究试管A中反应的速率，收集气体并测定其体积必需的实验仪器有_____________________。-1-【解析】

Cu2＋中混有Fe2＋，除去一般方法是先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再控制溶液的pH在3～4之间，即可使Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀，而与Cu2＋分离。【答案】

(1)①称量、溶解、过滤②既促进Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，又抑制Cu2＋的水解③蒸发浓缩、冷却结晶容易控制加热温度，且温度不超过100℃，加热均匀(2)①CuO对H2O2的分解有催化作用②水槽(或集气瓶)、导管、量筒、秒表(计时器)-1--1-铁合金是金属材料王国的霸主，亚铁盐、铁盐、高铁酸盐等铁的重要化合物也在不同领域中扮演着重要的角色。这些化合物之间可以相互转化，利用转化过程中发生的特征变化，不仅能够实现物质或能量的转化，还用于化学的定性或定量研究。已知FeO只能在强碱性介质中稳定存在，在酸性介质或水中不稳定：4FeO＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O；4FeO＋10H2O===4Fe(OH)3↓＋3O2↑＋8OH－。-1-请利用下列用品：FeCl2溶液(浅绿色)、FeCl3溶液(黄色)、Na2FeO4溶液(紫红色)、铁粉、KSCN溶液、NaOH溶液、NaClO溶液、盐酸、金属锌片、惰性电极(或放电物质作电极)材料、蒸馏水及必要的实验仪器。完成下列任务：(1)设计一个实现上述转化①或者④的实验方案(要求产物纯净)，写出简要的实验步骤。(2)在浓碱溶液中，用NaClO可以实现转化②，这一反应的离子方程式为_________________________。-1-(3)一种新型高能碱性电池利用了转化③将化学能转化为电能，该电池由电解质(KOH水溶液)、K2FeO4、金属锌及必要的填充材料构成。该电池放电时发生反应的化学方程式为__________________________________。(4)高铁酸盐是比高锰酸盐更强的氧化剂，研究证明它是一种“绿色环保高效”净水剂，比目前国内外广泛使用的含氯饮用水消毒剂(均为含氯的物质：如漂白粉、氯气和二氧化氯等，它们具有很好的杀菌效果，但不能将水中的悬浮杂质除去，为了除去水中的细微悬浮物，还需另外添加絮凝剂，如聚合铝的氯化物)的性能更为优良，为什么说它作为净水剂是“绿色环保高效”的？-1-【解析】本题是铁及其化合物性质的综合应用。(1)也可以设置在FeCl2溶液中通入足量的Cl2，形成FeCl3溶液，进一步结晶析出氯化铁晶体。(2)显然NaClO为氧化剂、Fe(OH)3为还原剂，先配平氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数，再根据电荷守恒可知OH－参与了反应，再根据质量守恒定律配平其他物质的系数，这是此类方程式书写的一般思路。(3)显然，Zn为负极，K2FeO4在正极上被还原。(4)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋，氢氧化铁胶粒具有与Al(OH)3一样的吸附作用，可以吸附水中一些悬浮的杂质。-1-【答案】

(1)④：在三氯化铁溶液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤，滤液在氯化氢的蒸气中蒸干，可得氯化亚铁固体。(2)3ClO－＋2Fe(OH)3＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O(3)2K2FeO4＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4KOH(出现K2ZnO2的也对)(4)该净水剂在杀菌消毒的过程中被还原为＋3价的铁，形成具有强吸附性的氢氧化铁胶体，通过吸附作用与水中的细微悬浮物共同聚沉，对环境和生命体都不会构成危害。-1--1-1．(1)①下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是________。A．2HgO2H