高中化学必修1学案专题3第二单元第1课时从自然界中获取铁和铜

第二单元铁、铜的获取及应用第1课时从自然界中获取铁和铜一、铁的获取1．存在在自然界中铁主要以化合态的形式存在。常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)等。2．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)反应原理：在高温下，用还原剂(CO)把铁从铁矿中还原出来。(4)主要反应：①还原剂的生成：C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2；C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高温))2CO。②铁矿石中铁被还原：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO2。③炉渣的形成：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))CaO＋CO2↑；CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))CaSiO3。二、铜的获取1．存在在自然界中铜主要以化合态的形式存在，常见的铜矿有黄铜矿(主要成分是CuFeS2)、孔雀石(主要成分为CuCO3·Cu(OH)2)等。2．铜的冶炼(1)工业炼铜黄铜矿(主要成分是CuFeS2)eq\o(→,\s\up17(高温))粗铜(含有Ag、Au、Fe、Zn等杂质)eq\o(→,\s\up17(电解精炼))精铜(2)生物炼铜(矿堆浸铜法)利用细菌将不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜，使铜的冶炼变得简单。2ZnS＋3O2eq\o(=,\s\up17(高温))2ZnO＋2SO2↑ZnO＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))Zn＋CO↑(3)电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般是金属活动顺序表中排在铝前边的金属)。如：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up17(电解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up17(电解))Mg＋Cl2↑特别提醒：金属冶炼原理的选择与金属的活动性有关。4．金属的回收和资源保护(1)废旧金属的最好处理方法是回收利用。(2)回收利用废旧金属的意义是减少垃圾，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾。1．为什么不直接用焦炭还原铁的氧化物？在铁的冶炼过程中，焦炭的作用是什么？提示：焦炭是固体，与铁矿石的接触面积有限，很难充分反应，而CO是气体，与铁矿石的接触面积大，提高了反应速率。炼铁过程中碳被氧化，既为反应提供热量，又产生一氧化碳，为反应提供还原剂。2．在炼铁的过程中，石灰石的作用是什么？提示：石灰石在高温下分解生成CaO和CO2，CaO与铁矿石中的杂质SiO2等反应生成炉渣(CaSiO3)除去。炉渣的密度比铁水(液态铁)的小，浮在上面，经分离得到铁水。【例】已知Al、Cu、Hg三种金属分别用如下方法冶炼：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up17(通电))4Al＋3O2↑；H2＋CuOeq\o(=,\s\up17(△))Cu＋H2O；2HgOeq\o(=,\s\up17(△))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________________________________________。(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，写出据此法用MnO2冶炼金属锰的化学方程式________________。【思路分析】(1)选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活动性。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原；金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。(2)活泼金属的阳离子氧化性非常弱，在反应中很难得电子转化为金属单质，故活泼金属一般采用最强的氧化还原手段——电解法。【解析】(1)金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在形态、金属活动性有关。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)，较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)钙是非常活泼的金属，工业上用电解熔融CaCl2的方法冶炼钙。(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，较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)eq\o(=,\s\up17(通电))Ca＋Cl2↑(3)4Al＋3MnO2eq\o(=,\s\up17(高温))2Al2O3＋3Mn冶炼金属一般有下列方法：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。(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。(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)。①2Fe2O3＋3Ceq\o(=,\s\up17(高温))4Fe＋3CO2↑；②3H2＋WO3eq\o(=,\s\up17(高温))W＋3H2O；③3MnO2＋4Aleq\o(=,\s\up17(高温))3Mn＋2Al2O3；④2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up17(通电))2Na＋Cl2↑。解析：(1)火烧孔雀石炼铜是用C还原孔雀石分解得到的CuO，故选①；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，故选③；而光卤石炼镁的反应为MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up17(通电))Mg＋Cl2↑，故选④。(2)金属活动性较强的金属、活动性介于Zn～Cu之间的金属、活动性较弱的金属分别采用电解法、热还原法、热分解法冶炼。1．下列有关金属冶炼方法的叙述，不正确的是(C)A．湿法炼铜的原理属于置换反应B．1000年前中国就能炼锌，现代炼锌主要利用热还原法C．铝热法应用很普遍，可冶炼Mn、Mg、W等金属D．钠、镁、铝等活泼金属的冶炼采用电解法解析：金属冶炼方法的选择主要是根据金属的活动性强弱，活动性很强的金属采用电解法冶炼，如钾、钙、钠、镁、铝等；活动性较强的金属一般采用热还原法冶炼，如锌、铁、锡、铅、铜等；活动性较弱的金属一般采用热分解法冶炼，如银、汞等。本题C项中由于镁的活动性比铝的强，所以铝不能置换出镁。2．(双选)高炉炼铁生产中，下列各说法正确的是(AD)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、赤铁矿解析：A中，焦炭发生的反应有：C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2，CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2CO，其中C均作还原剂。产生的CO将铁矿石中的铁还原成了铁单质，A项正确；高炉炼铁得到的只是含碳量为2%～4.5%的生铁，不会得到纯铁，B项不对；加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与SiO2反应，生成熔点较低的CaSiO3，而成为炉渣，除掉了杂质SiO2，故C项不对。3．有关金属的工业制法中正确的是(A)A．钾的沸点比钠低，用钠置换熔融氯化钾中的钾B．电解熔融的MgO来制备金属镁C．用一氧化碳还原铬、锰、钒的氧化物来制备高熔点的金属铬、锰和钒D．高炉炼铁原理是用一氧化碳还原四氧化三铁解析：钾的沸点比钠低，可用钠置换熔融氯化钾中的钾，A正确；氧化镁的熔点高，常用电解熔融的MgCl2来制备金属镁，B错误；通过铝热反应制备高熔点的金属铬、锰和钒，C错误；高炉炼铁原理是用一氧化碳还原铁矿石，D错误。4．(双选)常见的冶炼金属的方法有热分解法、还原法、电解法等。下列有关说法不正确的是(BD)A．氧化汞一般用热分解法B．粗铜精炼常用热还原法C．工业上常用铝热反应冶炼难熔金属D．工业上制镁一般是电解氯化镁晶体，而不是氧化镁解析：Hg是不活泼金属，可以用热分解法制备；用铜矿石炼铜有很多种方法，但是粗铜精炼一般只用电解法，B错误；铝热反应可以放出大量的热使难熔金属熔化，C正确；电解法制镁用的是无水氯化镁，不是其晶体，所以D错误。5．铁是自然界中含量丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中的铁矿石主要有赤铁矿(Fe2O3)和磁铁矿(Fe3O4)。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石之外，还需要加入焦炭和石灰石。石灰石能除去铁矿石中的二氧化硅。请填空：(1)写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO2。(2)写出焦炭在高炉中所参与的两个反应的化学方程式：C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2、C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高温))2CO。(3)写出CaCO3参与反应的化学方程式：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))CaSiO3。解析：高炉