第1課時(shí) 金屬礦物的開發(fā)利用
目標(biāo)導(dǎo)航] 1.了解金屬在自然界中的存在形式，掌握金屬冶煉的一般方法和原理。2.掌握鋁熱反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)步驟。3.了解金屬回收和資源保護(hù)的意義。4.認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用。
一、金屬的冶煉
1．金屬在自然界中存在的形態(tài)
除了金、鉑等極少數(shù)金屬以外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界。在這些金屬化合物中，金屬元素都顯正化合價(jià)。
2．金屬冶煉的原理
金屬的冶煉是利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下，使金屬離子得到電子被還原成金屬原子，從而獲得金屬單質(zhì)。即：Mn＋＋ne－===M。
3．金屬的冶煉方法
(1)熱分解法：適用于金屬活動(dòng)性順序表中Hg及其以后的金屬。
2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
(2)熱還原法：適用于金屬活動(dòng)性順序表中Zn、Cu之間的金屬。
Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2；
WO3＋3H2eq \(=====,\s\up7(高溫))W＋3H2O；
Cr2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高溫))Al2O3＋2Cr。
(3)電解法：適用于金屬活動(dòng)性順序表中Al及其以前的金屬。
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(電解),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑；
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑。
提醒 (1)電解熔融的NaCl和電解NaCl溶液的產(chǎn)物不同。
(2)工業(yè)上冶煉鎂是電解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔點(diǎn)比MgCl2的高，冶煉鋁是電解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)不導(dǎo)電。
議一議
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”
(1)黃金的冶煉可用熱分解法( )
(2)金屬陽離子被還原，一定會(huì)得到金屬單質(zhì)( )
(3)工業(yè)上電解MgCl2溶液制取Mg( )
答案 (1)× (2)× (3)×
2．利用CO冶煉鐵的反應(yīng)是置換反應(yīng)嗎？
答案 3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，不是置換反應(yīng)
二、金屬礦物的開發(fā)利用
1．合理開發(fā)利用金屬資源
金屬的冶煉需要消耗大量的資源和能源，還會(huì)造成環(huán)境污染，地球上的金屬資源是有限的，是不可再生的，因此金屬資源應(yīng)合理地開發(fā)利用。
2．有效利用金屬資源的途徑
(1)提高金屬的利用率，減少金屬的使用量；
(2)加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用；
(3)使用其他材料代替金屬材料。
議一議
請(qǐng)你列舉身邊常見的金屬制品的成分，并討論它們被人類使用的歷史。
答案 (1)銅：使用歷史悠久；
(2)鐵：比銅的使用稍晚；
(3)鋁：近代才開始廣泛使用；
(4)鎂合金、鋰電池：現(xiàn)代才開始使用。
一、金屬冶煉的原理與方法
例1 下列金屬冶煉原理錯(cuò)誤的是( )
A．2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4COeq \(=====,\s\up7(高溫))3Fe＋4CO2
D．2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑
解析 Na、Mg通常用電解法制取，F(xiàn)e用還原劑法制取，Hg可用加熱其化合物的方法制取。Mg的活動(dòng)性比H2強(qiáng)，H2不能置換出Mg，B項(xiàng)錯(cuò)。
答案 B
歸納總結(jié)
1．金屬的冶煉原理
金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是使金屬化合物中的金屬陽離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)的過程，即：Mn＋＋ne－===M。
2．金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系
3.常用的熱還原法
變式訓(xùn)練1 冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法 ②水煤氣(或氫氣，或一氧化碳)法 ③活潑金屬置換法 ④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅；(Ⅱ)濕法煉銅；現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻；(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂，對(duì)它們的冶煉方法的分析不正確的是( )
A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④
答案 B
解析 選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活動(dòng)性。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)發(fā)生的反應(yīng)分別是
(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3eq \(=====,\s\up7(△))2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuOeq \(=====,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑，符合①；
(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；
(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up7(高溫))Al2O3＋2Cr，符合③；
(Ⅳ)：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑，符合④。
二、鋁熱反應(yīng)
例2 如圖為鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)回答下列問題：
(1)該實(shí)驗(yàn)裝置中還缺________。引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作為________________________。
(2)若將氧化鐵換成氧化鎂，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)發(fā)生，理由是________________________________________________________________________。
(3)鋁熱反應(yīng)的用途有哪些_____________________________________________。
解析 (1)利用鎂條燃燒放熱從而引發(fā)鋁熱反應(yīng)，同時(shí)促使KClO3分解產(chǎn)生O2，使鎂條快速燃燒。
(2)Mg比Al活潑，Al不能從MgO中置換出Mg。
答案 (1)鎂條和氯酸鉀 在混合物中間插一根鎂條，將氯酸鉀放在混合物上鎂條的周圍，點(diǎn)燃鎂條
(2)不能 鎂比鋁活潑，鋁不能置換鎂
(3)用于焊接鋼軌；冶煉某些熔點(diǎn)高的金屬(答案合理即可)
歸納總結(jié)
1．鋁熱反應(yīng)
(1)概念：鋁和金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)。
(2)原理：Al作還原劑，另一種氧化物作氧化劑，用鋁將氧化物中的金屬置換出來。
(3)鋁熱劑：鋁粉和某些金屬氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物。
(4)反應(yīng)特點(diǎn)：
①在高溫下進(jìn)行。
②反應(yīng)迅速并放出大量的熱。
③新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離。
(5)應(yīng)用：冶煉難熔的相對(duì)較不活潑的金屬，如V、Cr、Mn等；焊接鋼軌等。
2．鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)
變式訓(xùn)練2 如圖所示，用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出，在底部剪一個(gè)孔，用水潤濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5 g炒干的氧化鐵粉末加2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點(diǎn)燃鎂條。
觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實(shí)驗(yàn)信息，回答下列問題。
(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________________________
________________________________________________________________________；
在該反應(yīng)中，______________(填化學(xué)式，下同)是氧化劑，________是還原劑，該反應(yīng)稱為________反應(yīng)。
(2)選出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：________(填寫在橫線上)。
①鎂條劇烈燃燒；②放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒，火星四射；③紙漏斗的下部被燒穿；④有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。
(3)寫出下列操作或物質(zhì)的作用：內(nèi)層紙漏斗底部剪一個(gè)孔：_________________________；
蒸發(fā)皿盛沙：_________________________________________；
鎂條：________________________________________________________________________；
氯酸鉀：________________________________________________________________________。
(4)如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵？
答案 (1)2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋Al2O3 Fe2O3 Al 鋁熱 (2)①②③④ (3)使熔融物易于落下 防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿，同時(shí)防止濺落物迸濺過遠(yuǎn)對(duì)周圍人造成傷害 引燃劑，引起氯酸鉀分解 助燃劑，為鎂條繼續(xù)燃燒提供氧氣，引發(fā)鋁熱反應(yīng) (4)用磁鐵吸引生成物，磁鐵上有黑色物質(zhì)被吸附，則證明生成物中有金屬鐵。
1．下列金屬元素在自然界中可以以游離態(tài)形式存在的是( )
A．K B．Na C．Ca D．Au
答案 D
2．下列說法錯(cuò)誤的是( )
A．對(duì)廢舊金屬的最好處理方法是回收、再利用
B．提煉金屬要經(jīng)過礦石的富集、冶煉、精煉三步
C．活潑金屬的冶煉都是通過電解其鹽溶液
D．熱還原法中還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等
答案 C
解析 活潑金屬的冶煉是電解其熔融鹽(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的，電解其鹽溶液得不到金屬單質(zhì)，C錯(cuò)誤。
3．用鋁熱法還原下列化合物，若獲得金屬各1 ml，消耗鋁最少的是( )
A．MnO2 B．Cr2O3
C．WO3 D．CuO
答案 D
解析 制備1 ml金屬，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等的原理，金屬離子得電子數(shù)越多，需要鋁的質(zhì)量越大。而生成1 ml金屬，該金屬在化合物中化合價(jià)越高，則消耗鋁越多；反之則越少。在這四種化合物中只有D項(xiàng)中Cu的化合價(jià)最低，故選D。
4．以輝銅礦(Cu2S)為原料冶煉銅，其反應(yīng)原理可表示為Cu2S＋O2eq \(=====,\s\up7(高溫))2Cu＋SO2。下列說法不正確的是( )
A．化合價(jià)發(fā)生變化的元素有3種
B．Cu2S在該反應(yīng)中既是氧化劑又是還原劑
C．1 ml O2參加反應(yīng)時(shí)，上述反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)的量為4 ml
D．SO2被分離、回收后氧化生成SO3，作為制取硫酸的原料
答案 C
解析 分析反應(yīng)中化合價(jià)的變化：eq \(Cu,\s\up6(＋1))2eq \(S,\s\up6(－2))＋eq \(O,\s\up6(0))2eq \(=====,\s\up7(高溫))2eq \(Cu,\s\up6(0))＋eq \(S,\s\up6(＋4))eq \(O,\s\up6(－2))2，反應(yīng)過程中Cu、S、O三種元素的化合價(jià)均發(fā)生改變；Cu2S中Cu元素化合價(jià)降低，S元素化合價(jià)升高，因此Cu2S既是氧化劑又是還原劑；根據(jù)S元素化合價(jià)的改變可知，當(dāng)1 ml O2參加反應(yīng)時(shí)，共轉(zhuǎn)移電子6 ml；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。
5．(1)Al與Fe3O4發(fā)生鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________
________________________________________________________________________，
該反應(yīng)中氧化劑是____________，還原劑是_________________________________。
(2)工業(yè)上電解冶煉鋁的化學(xué)方程式為______________________________________
________________________________________________________________________。
若電路中通過1 ml電子，可以得到Al________g。
答案 (1)8Al＋3Fe3O4eq \(=====,\s\up7(高溫))4Al2O3＋9Fe Fe3O4 Al
(2)2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(電解),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑ 9
基礎(chǔ)過關(guān)]
題組1 金屬及其冶煉方法的選擇
1．從石器、青銅器到鐵器時(shí)代，金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展水平。如圖表示了三種金屬被人類開發(fā)利用的大致年限，之所以有先后，主要取決于( )
A．金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱 B．金屬在地殼中的含量多少
C．金屬的化合價(jià)高低 D．金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱
答案 D
解析 由于人類掌握科學(xué)知識(shí)的局限性，越活潑的金屬越難以冶煉，故發(fā)現(xiàn)年代越晚。
2．下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是( )
答案 C
解析 活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等用電解法冶煉，中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用熱還原法冶煉，不活潑金屬Hg、Ag利用熱分解法冶煉，故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。
3．已知酸性條件下有如下反應(yīng)：2Cu＋===Cu2＋＋Cu↓。由于反應(yīng)溫度不同，用氫氣還原氧化銅時(shí)，可能產(chǎn)生Cu或Cu2O，兩者都是紅色固體。一同學(xué)對(duì)某次用氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)所得的紅色固體產(chǎn)物作了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄如下：
由此推出本次氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物( )
A．是Cu
B．是Cu2O
C．一定有Cu，一定有Cu2O
D．一定有Cu2O，可能有Cu
答案 D
解析 濃H2SO4(加熱)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O；而稀H2SO4與Cu不反應(yīng)，與Cu2O反應(yīng)。
4．下列冶煉方法中，不能將化合物中的金屬元素還原為金屬單質(zhì)的是( )
A．加熱Al2O3 B．加熱HgO
C．電解熔融NaCl D．鋁粉和Fe2O3共熱
答案 A
解析 金屬鈉是活潑金屬，用電解法制取；汞用加熱HgO制??；加熱Al2O3難以分解；鋁粉和Fe2O3組成鋁熱劑，可將Fe2O3中的鐵還原成單質(zhì)。
5．下列化工生產(chǎn)原理錯(cuò)誤的是( )
①可以電解熔融的氯化鈉來制取金屬鈉 ②可以將鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂 ③用電解法冶煉鋁時(shí)，原料是氯化鋁 ④煉鐵時(shí)高爐中所發(fā)生的反應(yīng)都是放熱的，故無需加熱
A．②③ B．①③ C．①②③ D．②③④
答案 D
解析 鈉特別活潑，加入氯化鎂溶液時(shí)鈉先與水反應(yīng)生成NaOH和H2，Mg2＋和OH－反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀，②錯(cuò)；冶煉鋁使用的是Al2O3，③錯(cuò)；高爐煉鐵中所發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但仍需要高溫，④錯(cuò)。
6．金屬K與Na金屬性相近，用K與鈉鹽共熔時(shí)，很難將Na從混合物中分離。若調(diào)整溫度到一定程度，則可用Na與KCl反應(yīng)制取金屬K。已知四種物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)如下：
根據(jù)平衡移動(dòng)原理可推知，用Na與KCl反應(yīng)制K的適宜溫度是( )
A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃
C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃
答案 C
解析 在金屬活動(dòng)性順序表中，Na排在K的后面，似乎不能從K的熔融鹽中置換出K。但將Na與KCl共熔，其共熔體中Na＋、K＋、Cl－和e－自由移動(dòng)，如果繼續(xù)加熱，則Na、K、NaCl和KCl首先沸騰者先逸出。工業(yè)上，就是采用這種原理用Na還原K的，因?yàn)镵的沸點(diǎn)比Na、NaCl、KCl的沸點(diǎn)都低，且低于NaCl的熔點(diǎn)。
題組2 鐵的冶煉
7．實(shí)驗(yàn)室欲使1.6 g氧化鐵完全還原，事先應(yīng)準(zhǔn)備的CO在標(biāo)況下的體積為( )
A．672 mL B．336 mL
C．大于672 mL D．小于336 mL
答案 C
解析 由3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2可知消耗CO 672 mL，但氣體與固體反應(yīng)不充分，反應(yīng)前要先通入一會(huì)兒CO趕盡空氣，F(xiàn)e冷卻要在CO的氣氛中，故CO實(shí)際用量應(yīng)大于672 mL。
8．鐵是地殼中含量很豐富的元素， 金屬鐵是在高爐中冶煉的，在冶金工業(yè)中，常用焦炭來冶煉鐵。
(1)寫出焦炭在高爐中所參與的兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式：
________________________________________________________________________。
(2)寫出赤鐵礦被CO還原成鐵的化學(xué)方程式：_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)實(shí)驗(yàn)室中可用CO還原Fe2O3，在加熱Fe2O3前應(yīng)________，直到無________現(xiàn)象時(shí)才能點(diǎn)燃酒精燈加熱，否則可能發(fā)生________現(xiàn)象，未反應(yīng)完全的CO________(填“能”或“不能”)排放到大氣中，應(yīng)做________處理。
答案 (1)C＋O2eq \(=====,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2，C＋CO2eq \(=====,\s\up7(高溫))2CO
(2)3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2
(3)驗(yàn)純 爆鳴 爆炸 不能 點(diǎn)燃
解析 (1)在冶煉鐵的過程中，為提高C的利用率，先發(fā)生反應(yīng)C＋O2eq \(=====,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2，再發(fā)生反應(yīng)：CO2＋Ceq \(=====,\s\up7(高溫))2CO，用CO還原Fe2O3，接觸更充分，效果更好。
(3)加熱Fe2O3之前應(yīng)先檢驗(yàn)CO的純度，否則會(huì)發(fā)生爆炸，由于CO有毒，故未完全反應(yīng)的CO應(yīng)點(diǎn)燃，以防污染環(huán)境。
題組3 稀有金屬的冶煉
9．諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者施羅克等人發(fā)現(xiàn)金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復(fù)分解催化劑。工業(yè)上冶煉鉬的化學(xué)反應(yīng)過程為
①2MS2＋7O2eq \(=====,\s\up7(高溫))2MO3＋4SO2 ②MO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MO4＋H2O ③(NH4)2MO4＋2HCl===H2MO4↓＋2NH4Cl ④H2MO4eq \(=====,\s\up7(高溫))MO3＋H2O ⑤用還原劑將MO3還原成金屬鉬。則下列說法正確的是( )
A．MS2煅燒產(chǎn)生的尾氣可直接排放
B．MO3是金屬氧化物，也是堿性氧化物
C．H2MO4是一種強(qiáng)酸
D．利用H2、CO和Al分別還原等量的MO3，所消耗還原劑的物質(zhì)的量之比為3∶3∶2
答案 D
解析 A項(xiàng)明顯錯(cuò)誤，生成物SO2對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重；B項(xiàng)，根據(jù)②中生成物(NH4)2MO4可知，該化合物屬于鹽，對(duì)應(yīng)的酸是H2MO4，故MO3不屬于堿性氧化物，B項(xiàng)錯(cuò)；C項(xiàng)，根據(jù)反應(yīng)③H2MO4是一種不溶性酸，溶液中c(H＋)不可能很大，故H2MO4不可能是強(qiáng)酸；D項(xiàng)，1 ml H2、1 ml CO和1 ml Al作還原劑時(shí)，失去的電子數(shù)分別為2 ml、2 ml和3 ml，還原等量的MO3轉(zhuǎn)移電子相同，此時(shí)n(H2)∶n(CO)∶n(Al)＝3∶3∶2。
10．鈦是一種活潑金屬，具有密度小、熔點(diǎn)高、可塑性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高等性能。工業(yè)上常用硫酸分解鐵鈦礦石來制備二氧化鈦，用以冶煉鈦，主要有以下五個(gè)反應(yīng)：
①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4
③H2TiO3eq \(=====,\s\up7(△))TiO2＋H2O
④TiO2＋2C＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(△))TiCl4↑＋2CO↑
⑤TiCl4＋2Mgeq \(=====,\s\up7(△))2MgCl2＋Ti
(1)針對(duì)以上五個(gè)反應(yīng)，下列敘述錯(cuò)誤的是________。
A．反應(yīng)①是非氧化還原反應(yīng)
B．反應(yīng)②生成了兩種酸
C．反應(yīng)④中的TiO2是氧化劑
D．反應(yīng)⑤表現(xiàn)了金屬鎂比金屬鈦的還原性強(qiáng)
(2)鈦具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，以下對(duì)其原因的分析正確的是________。
A．鈦是像金、鉑一樣的不活潑金屬
B．金屬鈦的表面易形成致密的氧化膜
C．鈦與氧氣、酸等腐蝕劑不反應(yīng)
D．鈦有很高的強(qiáng)度
答案 (1)C (2)B
解析 (1)在反應(yīng)①中沒有化合價(jià)的變化，反應(yīng)②中，化學(xué)式H2TiO3符合酸的一般化學(xué)式，它是鈦酸的化學(xué)式；反應(yīng)④中，鈦元素的化合價(jià)保持不變，氯氣是氧化劑，碳是還原劑；反應(yīng)⑤，鎂是還原劑，鈦是還原產(chǎn)物，所以鎂的還原性強(qiáng)于鈦。
(2)題目中一開始就指出：鈦是一種活潑的金屬，但是鈦耐腐蝕性強(qiáng)，聯(lián)系金屬鋁的性質(zhì)，鋁表面易形成致密的保護(hù)膜，阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，以此類推鈦，很容易選擇B。
能力提升]
11．鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，自遠(yuǎn)古時(shí)代人類就學(xué)會(huì)了煉鐵，到目前為止，人類研制出了很多煉鐵的方法。某研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中模擬工業(yè)煉鐵的過程，實(shí)驗(yàn)裝置如下：
(1)寫出得到單質(zhì)鐵的化學(xué)方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)實(shí)驗(yàn)過程中看到玻璃管內(nèi)的粉末由紅棕色逐漸變黑，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證生成了單質(zhì)鐵：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)裝置末端氣球的作用：____________________________________________。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO？原因是什么？________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2
(2)取少量粉末放于試管中，加少量鹽酸，若產(chǎn)生無色無味氣體，則證明生成了單質(zhì)鐵(答案合理即可)
(3)收集CO，防止污染空氣 先停止加熱，防止生成的鐵再次被氧化
解析 (2)檢驗(yàn)是否生成鐵單質(zhì)，在反應(yīng)結(jié)束后，待玻璃管內(nèi)的固體冷卻，取少量放于試管中，加少量鹽酸，若產(chǎn)生無色無味氣體(H2)，則證明生成了單質(zhì)鐵。(3)反應(yīng)結(jié)束后，得到的鐵還是熾熱的，若先停止通入CO，會(huì)導(dǎo)致鐵又被氧化，所以，應(yīng)該先停止加熱，待玻璃管內(nèi)的固體冷卻后，再停止通入CO。
拓展探究]
12．鈦(Ti)被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白(TiO2)是目前最好的白色顏料。制備TiO2和Ti的原料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵儲(chǔ)量居世界首位。含F(xiàn)e2O3的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3)制備TiO2流程如下：

(1)步驟①加Fe的目的是______________________________________________________；
步驟②冷卻的目的是_____________________________________________________。
(2)上述制備TiO2的過程中，可以利用的副產(chǎn)物是__________；考慮成本和廢物綜合利用因素，水浸后廢液中應(yīng)加入______處理。
(3)由金紅石(TiO2)制取單質(zhì)鈦(Ti)，涉及到的步驟為
反應(yīng)TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是________________________。
答案 (1)將Fe3＋還原為Fe2＋ 析出綠礬(FeSO4·7H2O)
(2)綠礬(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸鈣、廢堿)
(3)防止高溫下鎂或鈦與O2、N2等反應(yīng)
解析 (1)分析框圖知，鐵最終轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)品綠礬，所以要將＋3價(jià)Fe轉(zhuǎn)化為＋2價(jià)Fe，降溫減小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于綠礬結(jié)晶。
(2)水浸后發(fā)生的離子反應(yīng)為TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，廢液主要呈酸性，所以應(yīng)加入CaO、CaCO3或堿。
(3)Ti和Mg易與空氣中O2、N2等反應(yīng)，故應(yīng)在Ar氣氛中進(jìn)行。
金屬的活動(dòng)性順序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金屬原子失電子能力
強(qiáng)→弱
金屬離子得電子能力
弱→強(qiáng)
主要冶煉方法
電解法
熱還原法
熱分解法
物理方法
實(shí)驗(yàn)操作
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
(1)鎂條劇烈燃燒；(2)氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng)；(3)反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的白光；(4)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在高溫下，鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱
選項(xiàng)
冶煉原理
方法
A
2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑
熱分解法
B
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(電解),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑
電解法
C
Cu2S＋O2eq \(=====,\s\up7(高溫))2Cu＋SO2
熱分解法
D
Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高溫))2Fe＋Al2O3
熱還原法
加入試劑
稀硫酸
濃硫酸、加熱
稀硝酸
濃硝酸
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
有紅色固體剩余和溶液變?yōu)樗{(lán)色
產(chǎn)生無色氣體
產(chǎn)生無色氣體、溶液變?yōu)樗{(lán)色
產(chǎn)生紅棕色氣體、溶液變?yōu)榫G色
K
Na
KCl
NaCl
熔點(diǎn)(℃)
63.65
97.8
770
801
沸點(diǎn)(℃)
774
882.9
1 500(升華)
1 431

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