知識精講
知識點(diǎn) 金屬礦物的開發(fā)利用
1．金屬在自然界中存在的形態(tài)
（1）_______：少數(shù)金屬，如金、鉑
（2）_______：絕大多數(shù)金屬
2．金屬冶煉的原理和實(shí)質(zhì)
（1）原理：采用加熱、通電或使用還原劑等措施將金屬從其化合物中_______出來
（2）實(shí)質(zhì)：用_______使化合態(tài)的金屬_______變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)
3．冶煉方法
（1）根據(jù)金屬活潑性選擇冶煉方法
（2）電解法
①電解熔融的氯化鈉：____________________________
②電解熔融的氯化鎂：____________________________
③電解熔融的氧化鋁：____________________________
（3）熱還原法
①工業(yè)上煉鐵：___________________________________
②工業(yè)上煉鎢：____________________________
③鋁熱法煉鉻：____________________________
④工業(yè)上煉銅：____________________________
⑤工業(yè)上煉鈦：____________________________
（4）熱分解法
①工業(yè)上煉汞：____________________________
②工業(yè)上煉銀：____________________________
（5）濕法煉銅：____________________________
4．合理開發(fā)和利用金屬資源
（1）提高金屬礦物的利用率
（2）開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法
（3）防止金屬腐蝕
（4）加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用
（5）使用其他材料代替金屬材料
【即學(xué)即練】冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2做還原劑還原。②利用鋁熱反應(yīng)原理還原。③電解法。④熱分解法。下列金屬各采用哪種方法還原最佳？
（1）Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬__________。
（2）Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬__________。
（3）Hg、Ag等不活潑金屬__________。
（4）V、Cr、Mn、W等高熔點(diǎn)金屬__________。
能力拓展
考法 金屬冶煉的原理及應(yīng)用
【典例1】（2022·保定高一下期末）鉬是一種過渡金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，這種元素可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高溫及耐腐蝕性能。如圖是化工生產(chǎn)中制備金屬鉬的主要流程圖。
（1）寫出在高溫下發(fā)生反應(yīng)①的化學(xué)方程________________________。
（2）生產(chǎn)中用足量的濃氨水吸收反應(yīng)①的尾氣合成肥料，寫出該反應(yīng)的離子方程式：______________________________。
（3）如果在實(shí)驗(yàn)室模擬操作1和操作2，則需要使用的主要玻璃儀器有______________________________。
（4）某同學(xué)利用下圖所示裝置來制備氫氣，利用氫氣還原三氧化鉬，根據(jù)要求回答問題：
①請?jiān)O(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證H2的還原性并檢驗(yàn)其氧化產(chǎn)物，其裝置連接順序是______________________________。
②在燒瓶A中加入少量硫酸銅的目的是_____。
③兩次使用D裝置，其中所盛的藥品依次是_____、_____。
【知識拓展】
1．金屬的冶煉
（1）原理：金屬陽離子得到電子被還原成金屬單質(zhì)，Mn++ne－＝M
（2）根據(jù)金屬活潑性選擇冶煉方法
【特別提醒】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是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電。
2．金屬冶煉的三個步驟及目的
3．鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)
（1）實(shí)驗(yàn)裝置
①鎂的作用：燃燒放出的熱量引燃鋁熱反應(yīng)（引燃劑）
②氯酸鉀作用：對鎂的燃燒起助燃作用（助燃劑）
（2）注意事項(xiàng)
①鎂帶要打磨干凈表面的氧化膜，否則難以點(diǎn)燃；氧化鐵粉末與鋁粉要選擇干燥的；鋁粉要用沒有被氧化的，否則反應(yīng)難以進(jìn)行。
②氧化鐵粉末與鋁粉兩者要混合均勻，以保證氧化鐵與鋁都完全反應(yīng)。
③內(nèi)層濾紙要用水潤濕，以防止紙漏斗燃燒。
④蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量，既要防止蒸發(fā)皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人。
【特別提醒】四種熱還原法優(yōu)缺點(diǎn)的比較
分層提分
題組A 基礎(chǔ)過關(guān)練
1．下列過程主要目的是將金屬從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的是（ ）。
A．將鎂、鋁等制成合金 B．電解法冶煉鋁
C．鋁飲料罐回收鋁 D．廢舊鋼鐵用于煉鋼
2．（2021年7月·新疆學(xué)業(yè)水平考試真題）高爐煉鐵的主要反應(yīng)是：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，該方法在治金工業(yè)上稱為（ ）。
A．電解法 B．熱還原法 C．熱分解法 D．鋁熱法
3．（2022·湘潭高一檢測）下表中金屬的冶煉原理與方法完全正確的是（ ）。
4．（2022·慈溪高一檢測）天問一號應(yīng)用了世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料——新型鎂鋰合金。關(guān)于合金的說法不正確的是（ ）。
A．目前世界上使用量最大的合金是鋁合金
B．合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能
C．稀土金屬對改善合金的性能作用非常大
D．儲氫合金、鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金能滿足某些尖端技術(shù)的需要
5．下列有關(guān)物質(zhì)的工業(yè)制法中，錯誤的是（ ）。
A．制硅：用焦炭還原二氧化硅得硅
B．制鈉：以海水為原料制得NaCl，再電解熔融NaCl得鈉
C．制鐵：以焦炭和鐵礦石為原料，用CO還原鐵礦石得鐵
D．制鋁：以鋁土礦為原料，經(jīng)一系列過程制得AlCl3，再電解熔融AlCl3得鋁
6．下列各組物質(zhì)中，均能使Fe2O3還原成單質(zhì)鐵的是（ ）。
A．CO、O2、H2 B．CO、CO2、C
C．CO2、H2O、O2 D．Al、C、H2
7．（2022·云南師大附中高一檢測）煤炭中以FeS2（FeS2中的硫元素為－1價）形式存在的硫，在有水和空氣及在脫硫微生物存在下發(fā)生生物氧化還原反應(yīng)，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式依次為：
①2FeS2+7O2+2H2O4H++2Fe2++____________；
②4Fe2++O2+4H+4Fe3++____________；
③FeS2+2Fe3+3Fe2++2S；
④2S+3O2+2H2O4H++2SO42－。
回答下列問題：
（1）根據(jù)質(zhì)量守恒定律和電荷守恒定律，將上述①②離子方程式補(bǔ)充完整。
（2）反應(yīng)③的還原劑是__________________。
（3）觀察上述反應(yīng)，F(xiàn)eS2最終轉(zhuǎn)化為____________從煤炭中分離出來
8．鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，自遠(yuǎn)古時代人類就學(xué)會了煉鐵，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)裝置如圖：
（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?jiān)O(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證生成了單質(zhì)鐵_____________________。
（3）裝置末端氣球的作用為____________________________。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO，并說明原因_____________________________________。
題組B 能力提升練
1．（2022·北京西城區(qū)高一檢測）合金的應(yīng)用促進(jìn)了人類社會的發(fā)展。下列不屬于合金的是（ ）。
2．某班就“使用金屬材料的利與弊”為題進(jìn)行小組辯論，甲方的觀點(diǎn)是使用金屬材料有利，下列甲方觀點(diǎn)不科學(xué)的是（ ）。
A．金屬材料大多有延展性，可以加工成各種形狀
B．金屬材料大多有美麗的光澤
C．廢棄的金屬不會造成土壤污染和水污染
D．金屬材料大多數(shù)可以回收再利用
3．以下方法可用于工業(yè)冶煉金屬的是（ ）。
A．電解熔融AlCl3獲取金屬鋁
B．電解MgCl2溶液獲取金屬鎂
C．用CO還原鐵礦石來獲取金屬鐵
D．用H2還原HgO獲取Hg
4．（2022·杭州高一檢測）氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉，下列有關(guān)金屬冶煉的說法錯誤的是（ ）。
A．電解熔融氯化鈉制取金屬鈉的反應(yīng)中，鈉離子被還原，氯離子被氧化
B．熱分解法、熱還原法、電解法冶煉金屬過程中，金屬元素都由化合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)
C．鋁熱反應(yīng)中鋁作為還原劑將鐵從其氧化物中置換出來
D．用磁鐵礦煉鐵的反應(yīng)中，1mlFe3O4被CO還原成Fe，轉(zhuǎn)移9ml電子
5．（雙選）歷史上曾用“灼燒辰砂法”制取汞，目前工業(yè)上制粗汞的一種流程圖如圖：
下列分析錯誤的是（ ）。
A．“灼燒辰砂法”過程中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目可表示為
B．辰砂與氧化鈣加熱反應(yīng)時，CaSO4為還原產(chǎn)物
C．洗滌粗汞可用5%的鹽酸代替5%的硝酸
D．減壓蒸餾的目的是降低汞的沸點(diǎn)，提高分離效率
6．用鋁熱法還原下列化合物，若獲得金屬各1ml，消耗鋁最少的是（ ）。
A．MnO2 B．Cr2O3 C．WO3 D．CuO
7．將一塊質(zhì)量為8.5g的鐵合金放入錐形瓶中，再向錐形瓶中加入稀硫酸，恰好使鐵合金中的鐵完全反應(yīng)（碳不溶于稀硫酸，鐵合金中其他元素含量很低，可忽略不計(jì)），測得生成氫氣的質(zhì)量為0.3g。請回答：
（1）8.5g的鐵合金中鐵的質(zhì)量是________。
（2）反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量是________。
（3）生鐵和鋼都是鐵的合金，請根據(jù)表中含碳量判斷這8.5g鐵合金屬于_________（填“生鐵”或“鋼”）。
8．黃銅礦（CuFeS2）是制取銅及其化合物的主要原料之一，還可制備硫和鐵的化合物。
（1）冶煉銅的反應(yīng)為8CuFeS2+21O28Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2。若CuFeS2中Fe的化合價為+2，反應(yīng)中被還原的元素是_______（填元素符號）。
（2）上述冶煉過程產(chǎn)生大量SO2。下列處理方案中合理的是_______（填代號）。
A．高空排放
B．用于制備硫酸
C．用純堿溶液吸收制Na2SO3
D．用濃硫酸吸收
（3）利用黃銅礦冶煉銅產(chǎn)生的爐渣（含F(xiàn)e2O3、FeO、SiO2、Al2O3）可制備Fe2O3。方法為：
①用稀鹽酸浸取爐渣，過濾。
②濾液先氧化，再加入過量NaOH溶液，過濾，將沉淀洗滌、干燥、煅燒得Fe2O3。
根據(jù)以上信息回答下列問題：
A．除去Al3+的離子方程式是__________________________。
B．選用提供的試劑，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證爐渣中含有FeO。
提供的試劑：稀鹽酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水
所選試劑為______________。證明爐渣中含有FeO的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為_____________________。
題組C 培優(yōu)拔尖練
1．對下列成語或詩句所描述現(xiàn)象的解釋，你認(rèn)為錯誤的是（ ）。
2．（2022·山西太原重點(diǎn)高中聯(lián)考）下列獲得金屬的方法中不涉及化學(xué)變化的是（ ）。
A．《夢溪筆談》“熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”
B．《雜曲歌辭·浪淘沙》“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”
C．《天工開物》“凡爐中熾鐵用炭，煤炭居十七，木炭居十三……”
D．《天工開物》“爐甘石（碳酸鋅）十斤，……然后逐層用煤炭……，發(fā)火緞紅，……冷淀，即倭鉛（鋅）也”
3．冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法；②水煤氣（或H2、CO）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?，F(xiàn)代有（Ⅲ）鋁熱法煉鉻；（Ⅳ）從光鹵石（主要成分：KCl·MgCl2·6H2O）中煉鎂。其中對它們的冶煉方法的分析不正確的是（ ）。
A．（Ⅰ）① B．（Ⅱ）② C．（Ⅲ）③ D．（Ⅳ）④
4．（2022·成都高一檢測）Ti具備優(yōu)良的抗腐蝕性，被稱為未來金屬，工業(yè)上可以采用鎂熱還原法（高溫）制備，工藝流程如圖。［已知：MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑］下列說法錯誤的是（ ）。
A．鎂熱還原的化學(xué)方程式為TiCl4+2MgTi+2MgCl2
B．整個工藝流程中，Cl元素化合價始終不變
C．Ti和Mg高溫下化學(xué)性質(zhì)非常活潑，鎂熱還原需在惰性氣體中進(jìn)行
D．Mg的循環(huán)使用可以提高原料利用率，降低成本
5．（雙選）以鐵、氧化銅、稀硫酸三種物質(zhì)為原料，有如下兩種方案可制取銅：
方案一：Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑，H2+CuOCu+H2O
方案二：CuO+H2SO4＝CuSO4+H2O，F(xiàn)e+CuSO4＝FeSO4+Cu
下列有關(guān)說法正確的是（ ）。
A．兩個方案中的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)
B．方案二運(yùn)用了古代濕法冶金原理
C．從節(jié)約原料角度分析，方案一較為合理
D．從實(shí)驗(yàn)安全角度分析，方案二較為合理
6．工業(yè)上用鋁土礦（主要成分為Al2O3，含F(xiàn)e2O3雜質(zhì)）為原料冶煉鋁的工藝流程如下：
［提示：偏鋁酸鈉與足量二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAlO2+CO2+2H2O＝Al（OH）3↓+NaHCO3］
下列敘述正確的是（ ）。
A．試劑X可以是氫氧化鈉溶液，也可以是鹽酸
B．反應(yīng)①過濾后所得沉淀為氫氧化鐵
C．反應(yīng)②中通入的過量Y可以是CO2
D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都不是氧化還原反應(yīng)
7．（2022·珠海高一檢測）鎢是我國豐產(chǎn)元素，是熔點(diǎn)最高的金屬，廣泛用于拉制燈泡的燈絲，在自然界主要以鎢（+6價）酸鹽的形式存在。有開采價值的鎢礦石之一黑鎢礦的主要成分是鐵和錳的鎢酸鹽，化學(xué)式常寫成FeWO4和MnWO4，鎢酸（H2WO4）酸性很弱，難溶于水。碳和金屬鎢在高溫下會反應(yīng)生成碳化鎢。黑鎢礦傳統(tǒng)冶煉工藝的第一階段是堿熔法：
（1）黑鎢礦浸入NaOH熔融液過程需通入大量空氣，目的是為了使鐵和錳轉(zhuǎn)化為氧化物，其中一種紅棕色的氧化物化學(xué)式為_____________；
（2）已知A的主要成分為Na2WO4，請寫出Na2WO4與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程式_______________________________；
（3）上述流程中B、C都是鎢的化合物，則步驟（3）中B→C轉(zhuǎn)化屬于______（填四種基本反應(yīng)類型之一）。
（4）鎢冶煉工藝的第二階段則是用碳、氫氣等還原劑把氧化鎢（WO3）還原為金屬鎢。對鎢的純度要求不高時，可用碳作還原劑。寫出用碳還原氧化鎢制取金屬鎢的化學(xué)方程式：________________________。
課程標(biāo)準(zhǔn)
課標(biāo)解讀
1．了解一些常見金屬的冶煉方法
2．了解金屬材料的合理開發(fā)和應(yīng)用
1．能根據(jù)金屬冶煉，說明化學(xué)對人類文明的偉大貢獻(xiàn)，主動關(guān)心與資源開發(fā)有關(guān)的社會熱點(diǎn)問題。
2．能運(yùn)用所學(xué)知識分析和探討金屬冶煉過程對人類健康、社會可持續(xù)發(fā)展可能帶來的雙重影響。
選項(xiàng)
方法
冶煉原理
A
濕法煉銅
CuSO4+2K＝Cu+K2SO4
B
熱分解法煉銅
Cu2S+O2＝2Cu+SO2
C
電解法煉鋁
2Al2O34Al+3O2↑
D
熱還原法冶煉鋇
BaO+H2Ba+H2O
A．儲氫合金
B．青花瓷
C．航母鋼甲板
D．鈦合金耐壓球殼
合金種類
含碳量
鋼
0.03%～2.0%
生鐵
2.0%～4.3%
選項(xiàng)
成語或詩句
用化學(xué)知識解釋
A
唐代李白詩句“風(fēng)吹柳花滿店香”
這是生活中常見的一種分子擴(kuò)散運(yùn)動
B
“烈火見真金”
金的性質(zhì)穩(wěn)定，在烈火中也不會發(fā)生反應(yīng)
C
明代于謙詩句“粉骨碎身渾不怕”
它指石灰石碾碎成粉末狀的物理變化過程
D
成語“百煉成鋼”
通過反復(fù)錘煉，減少鐵合金中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

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第一節(jié) 自然資源的開發(fā)利用

版本： 人教版 (2019)

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