专题2.5-3　物质的转化金属的冶炼（原卷版）

第2章物质转化与材料利用2.53物质的转化——金属的冶炼目录TOC\o"13"\h\z\u 1 3 4 5【基础巩固练】 5【发散思维练】 6【核心素养练】 8【中考提分练】 10金属的冶炼1.金属在自然界的存在：仅有少数金属是以游离态(即单质)的形式存在的，大多数金属是以化合态的形式存在的。2.金属的冶炼原理与方法（1）原理：金属氧化物与还原剂(C、CO、H2等)在高温(或加热)下反应，还原剂夺取金属氧化物中的氧，使其还原成金属单质。（2）方法常用的金属冶炼方法是用C、CO(炽热的碳能在高温条件下与二氧化碳反应生成一氧化碳：C＋CO2===2CO)或H2等具有还原性的物质与金属氧化物在高温下反应，夺取金属氧化物中的氧，从而得到金属单质。例如：C＋2CuOeq\o(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑C＋CO2eq\o(=====,\s\up7(高温))2COCO＋CuOCu＋CO2H2+CuOCu+H2O3.还原反应：含氧化合物里的氧被夺取的反应，叫作还原反应。能从含氧化合物中夺取氧的性质叫作还原性。有还原性的物质可作还原剂。上述反应都是还原反应。4.氢气还原氧化铜的实验实验步骤现象或结论(1)观察氧化铜的颜色；(2)在试管中加入少量氧化铜，通入氢气，过一会儿，再给氧化铜加热；(3)反应完成后停止加热；(4)继续通入氢气，直到试管冷却(1)氧化铜是黑色固体；(2)固体物质由黑色粉末变成红色物质，试管口有水生成。反应的化学方程式为H2+CuOCu+H2O5.铁的冶炼原理：在高温下，用还原剂(主要是一氧化碳)从铁矿石中把铁还原出来。如图是“一氧化碳还原氧化铁”的实验装置图。上述实验是实验室模拟铁的冶炼过程，即在高温下，用还原剂(主要是一氧化碳)从铁矿石中把铁还原出来。实验中红色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，生成了铁和二氧化碳，化学方程式为：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。注意处理尾气CO的酒精灯要先点燃，最后熄灭。以防止有毒的CO逸散到空气中污染空气。【注意】(1)可燃性气体在不纯时点燃或加热有可能发生爆炸，因此，在点燃或加热前应进行纯度检验；在做实验时要先通气体后加热，以免混合气体点燃时发生爆炸。(2)含氧化合物里的氧被夺取的反应，叫作还原反应。能从氧化物中夺取氧的性质叫作还原性，具有还原性的物质可作还原剂。1.有关纯度问题的计算(1)纯净物质量=混合物质量×纯度(2)某纯净物中组成元素的质量分数=某组成元素的质量/纯净物质量×100%(3)混合物质量=纯净物质量/纯度举例：测定某地石灰石样品中碳酸钙的纯度，实验测得的相关数据如下所示：10g石灰石样品＋100g稀盐酸（足量）106.04g剩余的混合物石灰石样品的主要成分是碳酸钙，碳酸钙会跟稀盐酸反应而杂质不反应，反应的产物是氯化钙、二氧化碳和水，其中二氧化碳以气体形式逸散到空气中，使溶液质量减少，即减少的质量就是二氧化碳的质量。计算石灰石样品的纯度：CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O10044x10g+100g106.04g得x=9g石灰石样品的纯度为9g/10g×100%=90%【注意】在实际生产时，所用的原料或产物一般含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。如果题目给出不纯物质的质量，必须先换算成纯净物质的质量。纯物质的质量＝不纯物质的质量×纯物质的质量分数。2.氢气还原氧化铜实验（1）步骤：①氢(检验氢气的纯度后先通一会儿氢气)；②灯(点燃酒精灯给氧化铜加热)；③灯(实验完毕后，先熄灭酒精灯)；④氢(继续通氢气，直到试管完全冷却)。先通入氢气是为了排尽装置中的空气，否则具有可燃性的氢气与空气混合加热，容易发生爆炸。实验结束后先熄灭酒精灯，继续通氢气，直至试管冷却，是防止生成的铜在温度较高时再次被氧气氧化成氧化铜，使实验失败。（2）实验注意事项①盛放CuO的试管口要略向下倾斜，防止生成的水流入试管底部，使试管炸裂。②实验应先通H2，再加热，防止氢气与空气混合加热时发生爆炸。③实验停止后，继续通H2，直至试管冷却，防止灼热的铜被空气中的氧气氧化成CuO。【常考】了解金属的冶炼原理与方法【例1】点燃铝热剂(铝粉和氧化铁粉末的混合物)能释放出大量的热量，生成高温熔融的铁，铁可以用来修补铁轨，反应如下：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。其中还原剂是()A.Fe2O3B.AlC.FeD.Al2O3【例2】用如图所示的玻璃管进行碳还原氧化铜实验。(1)当A处的黑色固体变红时，可观察到B处的现象是。(2)查阅资料发现：反应生成的红色固体除了铜以外还可能含有氧化亚铜(Cu2O)，氧化亚铜可以与硫酸发生如下反应：Cu2O+H2SO4Cu+CuSO4+X，该反应中X的化学式为。【常考2】掌握金属冶炼的有关计算【例3】在学习“金属的冶炼”时，某学习小组用如图所示的装置测量氧化铜样品中氧化铜的质量分数，实验所取氧化铜样品质量为10克。(所含杂质不参加反应)(1)该实验利用了一氧化碳的性，玻璃管内观察到的现象是。(2)甲同学的方法：先测出氢氧化钠浓溶液的质量为50克，待反应完全后再次称量，质量为54.4克。请你计算样品中氧化铜的质量分数。(一氧化碳不与氢氧化钠溶液反应)(3)乙同学的方法：先称量出玻璃管及样品的总质量为m1，待反应完全后再次称量，质量为m2，利用m1m2的值，求出样品中氧化铜的质量分数。其中m1m2的值是指的质量。(4)同学们查阅到CO除了具有可燃性、难溶于水等性质外，还具有毒性。因此，本实验中还需对尾气进行处理。请你提出一种处理方法：。【基础巩固练】1.(2020•重庆A)“中国高铁，世界第一”，高铁列车车体材料使用了含镍不锈钢，工业上火法炼镍的原高温理是C+2NiO2Ni+CO2↑，下列说法错误的是（）A.反应中NiO发生还原反应B.气体产物中可能有COC.该不锈钢中还含有铁和碳D.该不锈钢合金的硬度小于纯铁2.(2020•苏州)利用如图所示实验装置模拟工业炼铁。下列说法正确的是（）A.实验时应先点燃酒精灯后通COB.充分加热，a处固体由黑色变为红色C.b处可用澄清石灰水检验生成的CO2D.可用NaOH溶液吸收尾气中的CO3.从孔雀石[主要成分CuCO3•Cu(OH)2]中提取金属铜的实验步骤如下：将孔雀石粉碎，加过量稀硫酸，充分反应后过滤，向滤液中加入一种金属粉末。(1)请填空：CuCO3•Cu(OH)2+2H2SO4===CuSO4+CO2↑+3____________。(2)写出可以加入的一种金属并说明理由：________________________________________________。4.(2021•义乌廿三里期中联考)某同学为了探究木炭和氧化铜在高温条件下生成的气体产物的成分，提出了如下猜想：a.可能是二氧化碳b.可能是一氧化碳并设计如图所示装置进行实验，预期的实验现象及结论如下：I.若澄清的石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳；Ⅱ.若澄清的石灰水不变浑浊，则气体为一氧化碳。请你分析并回答：(1)该同学的猜想是否严谨?可以补充猜想c：________________________。(2)该实验装置存在的缺陷是________________________。(3)反应结束时，停止实验的操作步骤是________________________。(4)实验后发现试管①内壁上附着不易用试管刷洗净的固体生成物，适合清洗试管①的试剂是____________________________________。5.已知反应：H2和CO在这两个反应中均将Fe2O3还原为Fe，均作还原剂。(1)请你分析上述反应中还原剂各元素的化合价在化学反应前后的变化情况，归纳出化学反应中还原剂所含元素化合价的变化规律：______________________。(2)请根据你得出的规律，Mg+CuCl2===MgCl2+Cu中的还原剂是___________。(3)在化学反应中与还原剂中元素化合价变化规律相反的物质称为氧化剂，则Cl2+2NaBr===Br2+2NaCl中的氧化剂是____________________。6.我国每年报废的超过1亿部。废旧的电路板中含有多种金属，随意丢弃会造成资源浪费并污染土壤和水体。某电路板中含有Fe、Sn、Cu、Ag、Au等金属，如图是某工厂回收其中部分金属的流程图。(其中Sn、Au在化合物中的化合价分别为+2和+3)(1)过程Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均涉及的操作是___________，该操作需要用到一种金属材料制成的仪器是___________。(2)写出过程Ⅱ中反应的化学方程式：_________________________________。(3)写出过程Ⅲ中反应的化学方程式：_________________________________。(4)滤液4的主要成分(水除外)是：__________________。【发散思维练】7.(2021•杭州模拟)如图是CO和Fe2O3反应的装置。下列关于图示实验的说法，正确的是（）①说明CO具有氧化性②玻璃管中的红色粉末变成黑色粉末③防止了CO对空气的污染④反应前应先通CO，再加热酒精灯A.①②④B.①②③C.②③④D.全部8.用一氧化碳还原氧化铁的实验中，Fe2O3转化为铁的具体过程是：已知铁的氧化物除Fe2O3外，其余均为黑色。下列说法正确的是（）A.装置中漏斗的作用是防止倒吸B.通过实验现象可以判断氧化铁是否完全转化为铁C.该实验中所有的化学反应里，氧元素的化合价均未改变D.当硬质玻璃管内固体中铁元素的质量分数为74%时，固体成分是Fe3O4和FeO9.氢气和一氧化碳还原氧化铜的实验装置如图所示，下列有关说法错误的是（）A.实验时都应该先通入气体后加热，防止发生爆炸B.两者都可以通过观察黑色固体颜色的变化判断反应是否发生C.甲无尾气处理装置而乙有，是因为一氧化碳有毒而氢气无毒D.甲试管口略向下倾斜，乙玻璃管保持水平，是因为两种气体的密度不同10.(2020•云南)镁及其合金是一种用途很广泛的金属材料。大量的镁是从海水蒸发结晶得到粗盐后的苦卤水中提取的。根据下列工业制镁的主要生产步骤回答问题：(1)操作X的名称是______________。(2)试剂②可选用______________。(3)MgCl2在熔融状态下，通电后会产生金属镁和氯气(Cl2)，该反应的化学方程式为_________________________________________。11.(2020•陕西)为测定某赤铁矿中Fe2O3的含量，取10g该赤铁矿样品于烧杯中，向其中加入100g稀盐酸，恰好完全反应，测得剩余固体的质量为28。(杂质不溶于水也不与酸反应)(1)10g样品中杂质的质量为__________g。(2)计算稀盐酸中溶质的质量分数。【核心素养练】12.(科学探究与创新意识)甲、乙两位同学根据下列转化关系在实验室中模拟炼铁，并对生成物的成分进行探究。①模拟炼铁的原理可能是______________________________(用化学方程式表示)。②初步分析得知，黑色粉末B的成分是一种或两种单质。【猜想与假设】甲同学认为无色气体A中可能有CO2，也可能有____________________。乙同学认为黑色粉末的成分中存在以下情况：假设一：只含有铁；假设二：含有____________________。【实验探究】(1)验证甲同学猜想的实验装置(箭头表示气体流向)。上述实验装置Ⅱ中浓硫酸的作用是吸收水蒸气，装置Ⅰ的作用是____________________，当看到Ⅰ中足量的澄清石灰水变浑浊，Ⅲ中黑色固体变成红色后，可以确定无色气体Ａ的成分是_______________。同时得出结论：上述装置存在重大缺陷，需要补充__________装置。(2)为验证乙同学的假设二成立，请你设计实验用物理方法(或化学方法)完成以下探究。(请填写实验报告表格中空缺的部分)实验方法实验操作实验现象实验结论物理方法部分黑色粉末被吸引上来假设二成立化学方法取少量黑色粉末放在玻璃管中，不断通入氧气，加热，将产生的气体通入澄清石灰水中假设二成立【交流反思】对甲同学实验存在的缺陷，甲、乙同学一起进行了改进，解决了污染环境问题。13.(科学态度与社会责任)某中学化学兴趣小组按照课本实验方法(如图甲)，做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，却往往有暗红色固体出现。他们决定对这个实验进行探究和改进。【提出问题】暗红色的固体是什么?如何选择合适的条件，使木炭还原氧化铜的实验现象更明显?【查阅资料】铜有+1和+2两种化合价，通常情况下，氧的化合价为2，碳的化合价为4或+4。【猜想与假设】(1)同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物，并猜测它的化学式为__________。(2)同学们还认为，通过改变反应物的状态、质量比以及反应装置，可以使该实验现象更加明显，减少出现暗红色固体的情况。【分析与交流】(3)小吴建议用超细炭粉与氧化铜粉末进行实验。你认为这样建议的原理是__________________________________________________。(4)小周建议用图中的乙装置替代甲装置。与甲装置相比较，乙装置中将试管直立放置的作用是________________________________________________________________________________。(5)对下列三种氧化铜和碳的质量比例，小施建议选择_______（填选项序号）的比例。A.32：3B.40：3C.48：3你认为小施这样选择的理由是_________________________________________________。【实验与结论】同学们决定按改进后的方案进行实验，他们在检查了乙装置的__________后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时，__________(填“可以”或“不能”)确定氧化铜和木炭已经开始反应。不久，即可看到试管底部变红热，停止加热后，仍能看到红热现象，并沿试管底部自下而上蔓延，这个现象说明该反应是__________(填“吸”或“放”)热反应。待反应结束，先将导气管从澄清石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是__________________________________________________。待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。【中考提分练】14.(2020•宁波)如图是某科学老