金属的冶炼.doc

1、金属的冶炼学习目标1、了解活动性不同的金属元素在自然界的存在形态。2、了解金属冶炼的一般原理。3、了解金属回收的重要意义，树立资源保护意识。4、对金属陶瓷有一个大致的印象。重点难点1、本节知识的重点是金属冶炼的一般原理，掌握三种冶炼金属的方法，其共同特点是： 金属元素被还原。 2、金属冶炼的三个步骤：第一步矿石的富集除杂质，第二步、冶炼。第三步、精炼。3、一些典型金属冶炼的化学反应方程式。知识讲解一、金属的冶炼1、金属冶炼的步骤从金属矿石中提炼金属一般需要经过三个步骤：第一步是矿石的富集，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量；第二步是冶炼，利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石

2、中的金属离子还原成金属单质；第三步是精炼，采用一定的方法，提炼纯金属。 2、金属冶炼的方法（1）热分解法：有些不活泼金属可以用简单加热的方法得到，大多数氧化物直到 1273K 仍是稳定的，但是在金属活动性顺序表中，位于 Cu 后面的金属氧化物受热易分解。如： 2HgO 2Hg+O2 2Ag 2O 4Ag+O2 （2）热还原法：多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂为焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等，适合于金属活动性介于 ZnCu 之间的大多数金属的冶炼，例如： 用碳作还原剂冶炼金属用 CO 作还原剂来冶炼金属，制取 CO 的原料通常是焦炭，C 也可以直接从矿石中把金属还原出来。例如：从锡

3、石（ SnO2）或赤铜矿（ Cu2O）中制取锡或铜。 如果矿石中主要成分是碳酸盐，因为一般金属的碳酸盐受热时都能分解为氧化物，再用碳还原。 用活泼金属作还原剂冶炼金属除铝热反应外，还可用金属 Mg 作还原剂，例： 。 用金属 Na 作还原剂，例如： 。此氧化还原反应为可逆过程，尽管还原性 NaK，但两者相差不大（因两者在金属活动性顺序表中处于相邻位置）。但由于 Na 的沸点高于 K，控制一定温度范围，可使金属 K 以蒸气状态逸出，离开平衡体系，根据平衡移动原理，反应向正方向进行。 （3）电解法金属活动性很强的金属（K、Ca、Na、Mg、Al 等）的离子得电子的能力很弱，很难被还原剂还原。通常用

4、电解其熔融盐或熔融氧化物的方法来制取活泼金属。 常见金属的冶炼方法如下表方法名称 主要化学反应原理（举例） 主要特点CO 作还原剂C CO2 COFe2O3+3CO 2Fe+3CO2CuO+CO Cu+CO2炼得的金属为合金。生产成本较低。金属的活泼性不强。H2作还原剂C CO+H2CO H2+CO2WO3+3H2 W+3H2O金属跟水在高温下也不易反应。炼得的金属纯度高。生产成本较高。还原剂法 Na、Mg、Al、Ca等作还原剂2Mg+TiCl4 Ti+2MgCl22Al+Cr2O3 2Cr+Al2O3被冶炼的金属活泼性不强，熔点高。炼得的金属纯度较高。生产成本高。电解 普通电解2NaCl(1

5、) 2Na+Cl2MgCl2(1) Mg+Cl22Al2O3(1) 4Al+3O2被冶炼的金属活泼性强。炼得金属纯度高。耗电量大，生产成本较高。法 电解精炼阳极反应：Cu-2e ?=Cu2+阴极反应：Cu 2+2e-=Cu炼得高纯度的铜。耗电量大，生产成本较高。热分解法HgS+O2 Hg+SO22Ag2O 4Ag+O2适合冶炼金属活动性较差的金属淘取法 适合以游离态存在的密度较大的金属。所得金属纯度不高，需精炼。说明：铝的冶炼从铝土矿提取和冶炼铝，首先从铝土矿中提取水合氧化铝，然后经碱液处理而转化成偏铝酸盐，最后得到氢氧化铝转化而成的纯净氧化铝。将 Al2O3溶解在熔化的冰晶石（Na 3AlF

6、6）中进行电解，在阴极上得到金属铝。电解得到的铝是液态的，可以定时地放出。电解槽结构如图所示，阴极可以石墨，阳极用大块的石墨做成，由于产生的O2可使石墨消耗，故阳极石墨需补充。整个冶炼铝过程涉及到的反应为：Al 2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O2NaAlO 2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na 2CO32Al(OH) 3 Al2O3+3H2O2Al 2O3 4Al+3O2二、金属的回收和资源保护1、金属矿产资源的开发与利用存在的两大问题地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不能再生的，随着人们不断地开发利用，矿产资源将日渐减少。 金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏，同时由于生产

7、的发展，新的产品要不断替代旧的产品，因而每年都有大量废旧金属产生。废旧金属是一种固体废弃物，会污染环境。 2、金属矿产资源的开发利用过程中的两大问题的解决把废旧金属作为一种资源，加以回收利用。这样做，既减少了垃圾量，防止污染环境，又缓解了资源短缺的矛盾。据估算，回收一个铝饮料罐比制造一个新铝饮料罐便宜 20，而且可节约 95的能源。例题分析第一阶梯例 1、下列叙述错误的是（ ）A、炼铁时，还原剂 CO 将铁从铁矿石中还原出来B、活泼金属 Na 用电解法冶炼。C、汞的冶炼只能用还原剂法D、铝的冶炼一般用还原剂法思路分析：活泼金属 K、Na、Ca、Al 用电解法冶炼，故 D 错，多数金属的冶炼用热

8、还原法如：Fe、W、Cr 等;有些不活泼金属用热分解法就可制得如 Hg、Ag 等，故 C 错.答案:CD例 2、冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法，水煤气（或 H2或 CO）法，活泼金属置换法，电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（）火烧孔雀石法炼铜，（）湿法炼铜，现代有（）铝热法炼铬，（）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（ ）A（）用B（）用C（）用D（）用 分析（）（）（）（）发生的反应分别是：（） 符合（） 符合（） 符合（）先从光卤石中提取 MgCl2，再电解 MgCl2， 符合答案：B 第二阶梯例 1、在理论上我们可以用电解熔融的 KCl 的方法来制备金属钾，而实际

9、上我们不用此法制备钾，而用熔融状态下 KCl 与 Na 反应并及时抽走 K 蒸气的方法制备钾，可能的原因是：钾易熔于熔融的钾盐中；钾蒸气易逸出而污染环境；钾被氧化后的产物与 K 作用具有爆炸性；抽走钾的蒸气有利于钠与熔化的 KCl 反应，其中正确的是（ ）A、全部 B、 C、 D、解析：由于钾的熔、沸点比 Na 低，抽走钾蒸气，使反应向生成钾的方向进行，且安全不污染环境。答案：A例 2、下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是_。A2HgO 2Hg+O2B4Al+3MnO 2 2Al2O3+3MnC2MgO 2Mg+O2D4CO+Fe 3O4 3Fe+4CO2 简要说明不符合工业实际的原因：

10、_。 分析金属冶炼方法的选择要综合考虑金属活动性顺序、生产成本等因素，工业上冶炼镁可采用电解法，其原料应选用 MgCl2而不是 MgO，因为 MgO 的熔点比 MgCl2高，会消耗大量电能，成本较高。 答案：C。 MgO 的熔点高，工业上采用电解 MgCl2的方法制取金属镁。练一练1随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ）A利用电池外壳的金属材料B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D回收其中石墨电极及金属铜 2工业上常用电解熔融 MgCl2而不用电解 MgO 的方法制取镁，其原因是（ ）A熔融

11、的 MgO 不导电BMgO 分子间作用力很大CMgO 熔点高DMgO 属原子晶体 3有 0.4g 铁的氧化物，用足量的 CO 在高温下将其还原，把生成的全部 CO2通入足量澄清石灰水中，得到 0.75g 固体沉淀物。这种铁的氧化物的化学式为（ ）AFeOBFe 2O3CFe 3O4DFeO、Fe 2O34Fe、FeO、Fe 2O3的混合物，加入 100mL 1mol/L 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出 224mL（S、T、P）的气体。所得溶液中，加入 KSCN 溶液无血红色出现，若用足量的 CO 在高温下还原相同质量的此混合物，能得到的铁的质量为（ ）A11.2gB5.6gC2.8gD无法

12、计算5在高温下，用一氧化碳充分还原 m g 氧化铁（Fe 2O3）得 n g 铁，已知氧的相对原子质量为 16，则铁的相对原子质量为（ ）A B C D 6我国在春秋战国时期就懂得将白口铁经褪火处理得到相当于铸钢的物器（如锋利的宝剑），这一技术要比欧洲早近两千年，那么白口铁褪火处理的主要作用是（ ）A除硫、磷杂质B适当降低了含碳量C掺进合金元素D改善表面的结构性能7金属钙的冶炼方法是电解法，这一事实说明了（ ）A金属钙离子易得电子变成金属钙原子B金属钙是不活泼的金属元素C金属钙原子易失去电子变成钙离子D金属钙离子的氧化性很强8用相同电量电解熔融的 KCl、MgCl 2、Al 2O3三种化合物，

13、通电一段时间后，析出 K、Mg、Al 三种金属的物质的量之比为（ ）A632B631C321D1239工业上常用 Na 制备钛、钽、铌、锆等。如制钛，常有如下反应步骤：（1）用 90%浓 H2SO4溶解钛铁矿（FeTiO 3），反应式为：FeTiO 3+3H2SO4FeSO 4+Ti(SO4)2+3H2O。在除去不溶性杂质后，结晶析出 FeSO47H2O 时，为保持较高的酸度不能加水，其原因可能为 。A防止 Fe2+被氧化B防止 Ti(SO4)2水解C减少 FeSO47H2O 的溶解量D减少 Ti(SO4)2的溶解量（2）在除去杂质后，又需加大量水稀释以降低酸度，同时加热以生成 TiO(OH)2沉淀，过滤，将 TiO(OH)2热分解即得钛白粉（TiO 2）。除杂后加水稀释和加热的目的是 。 （3）在高温 HCl 气流中，TiO 2可转化为 TiCl4，反应方程式为 。 （4）将 TiCl4与 Na 共熔即可得 Ti，反应式方程式为 ，若用 TiCl4溶液与 Na 反应制 Ti，不能达到预期目的，原因是 。 答案1分析回收废电池的首要原因是防止废电池中渗漏出的重金属离子对土壤和水源产生污染，而对废电池的综合利用是第二位。 答案：1.B2C