2019高中化学专题3第二单元第一课时从自然界获取铁和铜讲义苏教版

2019高中化学专题3第二单元第一课时从自然界获取铁和铜讲义苏教版

从自然界获取铁和铜1．如何制取金属Na、Mg、Al？写出反应的化学方程式。提示：2NaCl2Na＋Cl2↑，MgCl2Mg＋Cl2↑，2Al2O34Al＋3O2↑2．以Na、Al为还原剂可置换哪些金属？写出反应的化学方程式。提示：Ti、Fe，TiCl4＋4Na700～800℃,Ti＋4NaClFe2O3＋2Al2Fe＋Al2O33．能还原金属氧化物的常见还原剂有哪些？写出CO分别与Fe2O3、CuO反应的化学方程式。提示：C、CO、H2、Al等，Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，CuO＋COCu＋CO2↑[新知探究]探究　铁、铜在自然界中的存在形式及铁、铜矿石的成分(1)铁和铜在自然界中主要以化合态的形式存在：①常见的铁矿有磁铁矿(主要成分为Fe3O4)、赤铁矿(主要成分为Fe2O3)、黄铁矿(主要成分为FeS2)、菱铁矿(主要成分为FeCO3)等。②常见的铜矿有孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu(OH)2]、黄铜矿(主要成分为CuFeS2)等。(2)人们最早利用的单质铁和单质铜均直接来自于自然界。所不同的是铁单质只存在于从天而降的陨铁中，所以古代人称铁为“天石”，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。[成功体验]1．下列物质中，含铜元素的是(　　)A．天石　　B．孔雀石　　C．赤铁矿　　D．石灰石解析：选B　孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2。[新知探究]探究1　铁的冶炼需要的原料和设备n(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。(2)设备：炼铁高炉。探究2　铁的冶炼过程中的主要反应，写出下列反应的化学方程式(1)还原剂的生成：C＋O2CO2，C＋CO22CO；(2)铁矿石的还原：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；(3)炉渣的形成：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。探究3　工业上精铜的获取工业上采用高温冶炼黄铜矿(主要成分为CuFeS2)的方法得到铜，主要过程可表示为：黄铜矿冰铜―→粗铜精铜探究4　生物炼铜的特点(1)原理：CuSCuSO4Cu。(2)特点：成本低、污染小、反应条件简单等。[必记结论](1)除金等极不活泼的金属外，大多数金属以化合态形式存在于各种金属矿物中，且金属元素均显正化合价。(2)金属冶炼的实质是使矿石中的高价金属被还原为金属单质，应用比较多的是热还原法，常用还原剂有C、CO、H2、Al及Na等。(3)炼钢时，是使用氧化手段，使生铁中过多的碳等杂质经氧化而除去，即钢的冶炼原理与一般金属的冶炼原理不同。(4)金属冶炼的一般步骤①第一步：矿物的富集。目的是除去杂质，提高矿物中有用成分的含量。②第二步：金属的冶炼。利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿物中的金属离子还原为金属单质的过程。③第三步：金属的精炼。采用适当的方法提炼出纯金属。如我们可用电解的方法提炼金属铜等。[成功体验]2．下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　)选项冶炼原理方法A2HgO2Hg＋O2↑热分解法B2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电解法CCu2S＋O22Cu＋SO2热分解法DFe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3热还原法解析：选C　A、B、D项正确，C项的反应中有O2参加反应，此反应不属于分解反应，因此相应的冶炼方法也不属于热分解法。n3．(好题共享·选自人教版教材P94·T9)孔雀石的主要成份为CuCO3·Cu(OH)2。某同学设计从孔雀石中冶炼铜的方案如下：①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；②将反应后的混合物过滤；③向滤液中加入一种金属粉末。根据上述实验方案，试回答：(1)第①步反应中可观察到的现象是________。(2)第③步加入的金属粉末可以是________。说明理由：________________________________________________________________________。(3)设计从滤液中获得铜的另外一种方案。________________________________________________________________________。答案：(1)孔雀石逐渐溶解，溶液由无色逐渐变成蓝色，溶液中有气泡产生(2)铁　因为铁比铜活泼，可将铜从其盐溶液中置换出来(3)电解法———————————————[关键语句小结]————————————————1．常见的铁矿有磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)等，常见的铜矿有黄铜矿(CuFeS2)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]等。2．工业上铁的冶炼是在炼铁高炉中进行的，原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。相关方程式：C＋O2CO2、CO2＋C2CO，3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2CaSiO3。3．工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(CuFeS2)的方法获得粗铜后经过电解精炼得到精铜。　　1.金属冶炼方法的选择与金属的活泼性有关n2.各种冶炼方法示例①热分解法：适用于金属活动性顺序中很不活泼的金属，如2HgO2Hg＋O2↑，2Ag2O4Ag＋O2↑。②热还原法：适用于金属活动性顺序中处于中间或金属活动性与之相当的金属。常用还原剂有焦炭、CO、H2、Al等，如：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，WO3＋3H2W＋3H2O，Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3。③电解法：适用于活泼金属，电解熔融盐或氧化物，也可以用于铜、银等金属的精炼，如：2Al2O34Al＋3O2↑，2NaCl2Na＋Cl2↑。[例]　已知Al、Cu、Hg三种金属分别用如下方法冶炼：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，H2＋CuOCu＋H2O,2HgO2Hg＋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，请据此法写出用MnO2冶炼金属锰的化学方程式：________________________________________________。n解析：(1)金属的冶炼方法与金属在自然界中的存在状态、金属活泼性有关。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)，中等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)Ca是非常活泼的金属，工业上用电解熔融CaCl2的方法冶炼。(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，中等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)Ca＋Cl2↑(3)4Al＋3MnO22Al2O3＋3Mn金属冶炼方法的选择一般由金属活动顺序表确定。而金属的精炼多利用电解法提高纯度。下列说法不正确的是(　　)A．有些活泼金属如铝可作还原剂法的还原剂B．用电解熔融的NaCl的方法来冶炼金属钠C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物解析：选C　铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3；金属钠用电解熔融的NaCl的方法制取；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来；回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物。[课堂双基落实]1．下列说法中，不正确的是(　　)A．金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C．金属由化合态变为游离态，都是被还原D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱解析：选B　由金属冶炼的方法可知，金属冶炼时，除用热还原法外，还可用电解法、热分解法，后两种方法不用加入还原剂，B不正确。2．下列金属冶炼的反应原理，错误的是(　　)A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2Mg＋H2OnC．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2D．2HgO2Hg＋O2↑解析：选B　金属的冶炼应该依据金属在金属活动性顺序中所处的范围选择适宜的方法进行冶炼。镁为活泼金属，其活动性比H2强，不能用热还原法进行冶炼，而应该用电解法进行冶炼。3．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是(　　)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、赤铁矿和黄铁矿解析：选A　高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，这些反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。4．我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜。孔雀石的主要成分是CuCO3·Cu(OH)2，这种冶炼铜的方法是(　　)A．焦炭还原法　　　　　B．湿法炼铜C．铝热还原法D．电解冶炼法解析：选A　孔雀石受热发生分解反应生成了氧化铜、CO2和H2O，生成的氧化铜被混合物中的焦炭还原而生成了铜。虽然也可用铝热法还原，但在本题中不是此法。5．铁是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必需的元素。自然界中铁矿石主要有赤铁矿(主要成分为Fe2O3)和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还需加入焦炭和石灰石，石灰石能除去铁矿中的二氧化硅。请填空：(1)写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)写出焦炭起还原作用前在高炉中参与反应的两个化学方程式：__________________、_______________。(3)写出碳酸钙参与反应的化学方程式：________________________________________________________________________。解析：赤铁矿被还原成铁的化学方程式为Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，焦炭起还原作用前在高炉中参与反应的两个化学方程式为C＋O2CO2，CO2＋C2CO，碳酸钙参与反应的化学方程式为：CaCO3CO2↑＋CaO，CaO＋SiO2CaSiO3。答案：(1)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(2)C＋O2CO2，CO2＋C2CO(3)CaCO3CO2↑＋CaO，CaO＋SiO2CaSiO3n