《2018版高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁、铜的获取及应用 第1课时 从自然界中获取铁和铜学案 苏教版必修1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018版高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第二单元 铁、铜的获取及应用 第1课时 从自然界中获取铁和铜学案 苏教版必修1（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 1 1 课时课时 从自然界中获取铁和铜从自然界中获取铁和铜学习目标定位 1.熟知铁、铜的冶炼原理和方法，会写有关的化学方程式。2.初步了解金属冶炼的一般方法和原理。一、铁、铜的存在形式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 CuCO3Cu(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
2、石” ，而铜则来自于地球上自然存在的少量单质铜。1.铁、铜元素在自然界中的存在形式既有游离态也有化合态。2铁在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝，居第四位。1铜在自然界存在于多种矿石中。下列矿石的主要成分中铜元素的质量分数最高的是( )A黄铜矿 CuFeS2B斑铜矿 Cu5FeS4C辉铜矿 Cu2SD孔雀石 CuCO3Cu(OH)2答案 C解析 设均含有 2 个 Cu 原子，比较“Fe2S4” “Fe S ” “S” “H2CO5”的式量可知，Cu2S 中铜2 58 5的质量分数最高，CuFeS2中的 Cu 的质量分数最低。二、铁、铜的冶炼1铁的冶炼(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。(2)设
3、备：炼铁高炉。(3)反应原理：用还原剂将铁从其化合物中还原出来。(4)工艺流程：从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生 CO2并放出大量的热量；CO2再与灼热2的焦炭反应，生成 CO；CO 在高温下将氧化铁还原为金属铁。(5)铁矿石中含有二氧化硅需除去：石灰石在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅等反应生成炉渣，炉渣的密度比铁水小，故浮在铁水上面，从而分离得到铁水。(6)用这种方法炼出来的铁是含碳 2%4.5%的生铁。将生铁进一步炼制，就可以得用途更广泛的钢(含碳 0.03%2%)。2铜的制备与精炼工业上主要采用高温冶炼黄铜矿(主要成分是 CuFeS2)的方法获得铜。用这种方法
4、冶炼得到的铜，含铜量为 99.5%99.7%，还含有 Ag、Au、Zn、Fe 等杂质。要达到电气工业生产用铜的要求，这种由黄铜矿高温冶炼得到的铜还必须经过电解精炼，其得到的铜，含铜量高达 99.95%99.98%。1.炼铁的主要化学反应(1)还原剂的形成：CO2CO2，CCO22CO。=点燃=高温(2)铁的还原：Fe2O33CO2Fe3CO2。=高温(3)炉渣的形成：CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3。=高温=高温2金属冶炼的一般方法(1)电解法：适合冶炼金属活动性较强的金属(一般为金属活动性顺序表中铝及铝前面的金属)。例如：MgCl2(熔融)MgCl2，=通电2NaCl(熔融
5、)2NaCl2，=通电2Al2O3(熔融)4Al3O2。=通电(2)高温还原法：用还原剂(CO、C、H2、Al 等)还原金属氧化物，适合冶炼金属活动性顺序表中 Zn 到 Cu 之间的大多数金属。例如：2AlCr2O32CrAl2O3。=高温(3)热分解法：适合于冶炼金属活动性较差的金属。例如：2Ag2O4AgO2，=2HgO2HgO2。=提醒 (1)在工业上还有一种冶炼方法叫做湿法冶金，即利用活泼金属把不活泼金属从它的3盐溶液中置换出来。例如：CuSO4Fe=CuFeSO4。(2)金属的冶炼方法与金属活动性的关系2高炉炼铁生产中下列说法正确的是( )A还原氧化铁的还原剂是焦炭B采用富氧空气可以
6、得到纯铁C加石灰石的目的主要是为了除去过量碳D用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿答案 D解析 A 项中，焦炭发生的反应：CO2CO2、CO2C2CO，其中 CO 将铁矿石中的铁还原成铁=点燃=高温单质，A 项错误；高炉炼铁得到的只是含碳量为 2%4.5%的生铁，不会得到纯铁，B 项错误；加入石灰石的目的是它在高温下分解成生石灰，继而再与 SiO2反应生成 CaSiO3炉渣，除去杂质 SiO2，故 C 项错误。易错提醒 高炉炼铁时，虽然加入的是焦炭，实际上的还原剂是 CO。3火法炼铜首先要焙烧黄铜矿，其反应为 2CuFeS2O2=Cu2S2FeSSO2，下列说法正确的是( )ASO2是氧化产
7、物BCuFeS2仅作还原剂，硫元素被氧化C每生成 1 mol Cu2S，有 4 mol 硫被氧化D每转移 1.2 mol 电子，有 0.2 mol 硫被氧化答案 D解析 由反应方程式知，CuFeS2中 Cu 化合价降低被还原为 Cu2S，CuFeS2中 的 S 化合价升1 4高，被氧化为 SO2；O2在反应后化合价降低，被还原为 SO2，因此可知 SO2既是氧化产物又是还原产物，A 项错误；CuFeS2既是氧化剂又是还原剂，B 项错误；每生成 1 mol Cu2S，有 1 mol S 被氧化，C 项错误；利用反应知转移 6 mol e，有 1 mol S 被氧化，D 项正确。41下列物质中含铜
8、元素的是( )A天石 B孔雀石C赤铁矿 D石灰石答案 B解析 孔雀石的主要成分为 CuCO3Cu(OH)2。2下列关于金属冶炼的说法正确的是( )A金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活动性决定BCu 的湿法冶炼是将金属钠投入到 CuSO4溶液中，从而置换出铜CFe 通常采用热还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳D由于 Al 的活动性强，故工业上采用电解熔融氯化铝的方法生产铝答案 A解析 A 项，关于金属冶炼的本质和方法的叙述是正确的；B 项，湿法炼铜是用铁置换出铜；C 项，炼铁中加入石灰石是为了除去二氧化硅杂质；D 项，工业上用电解熔融氧化铝的方法生产铝。3下列有
9、关金属的工业制法中正确的是( )A制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的 NaCl 溶液B制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝C制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁D制铁：以铁矿石为原料，CO 还原得铁答案 D解析 分别电解熔融的 NaCl、MgCl2、Al2O3(和冰晶石)来制取 Na、Mg、Al，A、B、C 三项均错。4冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气法(或 H2或 CO)；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，对它们的冶炼方法的分
10、析不正确的是( )A()用 B()用C()用 D()用答案 B解析 由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法。()()()()发生的反应分别是()Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O=高温5C2CuO2CuCO2，适用于。=()FeCuSO4=FeSO4Cu，适用于。()2AlCr2O3Al2O32Cr，适用于。=高温()先从光卤石中提取 MgCl2，再电解熔融 MgCl2，MgCl2MgCl2，适用=通电于。基础过关题组一 金属的冶炼原理及方法1从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人
11、类开发利用的大致年限，之所以有先后主要取决于( )A金属的导电性强弱 B金属在地壳中的含量多少C金属的化合价高低 D金属的活动性强弱答案 D解析 由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。2工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是( )A碳还原法B铝热法还原C直接加热法D盐的水溶液与活泼金属置换法答案 B解析 钒、铬、锰等难熔的金属通常采用铝热反应进行冶炼。3生物炼铜是利用某些具有特殊本领的微生物帮助我们从矿石中提取铜，这些“吃岩石的细菌”能利用空气中的氧气将不溶性的 CuS 转化为可溶性的铜的化合物，这种可溶性的铜化合物是( )A碳酸铜
12、 B硝酸铜C硫酸铜 D氢氧化铜答案 C解析 此题考查了正在迅速发展的生物炼铜技术。生物炼铜是一项成本低、污染小、反应6简单、前景广阔的新兴炼铜技术，其利用“吃岩石的细菌”将不溶性的硫化铜转化为可溶性硫酸铜，而使铜的冶炼变得简单。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CuCO3Cu(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电解冶炼法答案 A解析 CuCO3Cu(OH)22CuOCO2H2O，生成的 CuO 被焦炭还原生成=Cu。题组二 铁、铜的冶炼5下列情况下能通过置换反应得到铁的是( )A铜与氯化亚铁溶液常温下混合B一氧化碳通过灼热
13、的三氧化二铁C氢气通入硫酸亚铁溶液D铝和四氧化三铁混合加热到高温答案 D6用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的 CuO 反应制单质铜，有人设计了以下两种方案：FeH2Cu CuOCuSO4CuH2SO4CuOH2SO4Fe若按实验原理进行操作，则两者制得单质铜的量( )A一样多 B多 C多 D无法判断答案 C解析 方案中，用 H2还原 CuO 时，加热前要先通 H2，以排除装置中的空气，以防加热时爆炸，实验结束后需继续通一会儿 H2，直到冷却为止，以防止 Cu 重新被空气中的 O2氧化，因此，要制得 1 mol Cu 需要的 H2多于 1 mol，即需要的 Fe 多于 1 mol。故等量的 Fe
14、 按方案制得 Cu 的量多。7氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是( )A电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化B湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应C用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被 CO 还原成 Fe，转移 9 mol 电子D铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化答案 C解析 用磁铁矿炼铁的化学方程式为 Fe3O44CO3Fe4CO2，当 1 mol =高温7Fe3O4被还原时，转移 8 mol 电子。8硅在自然界只以化合态形式存在，如铁矿石中的硅主要以脉石(SiO2)的形式存在。炼铁时为了除去脉石，向炼铁高炉中加入石灰石
15、。该过程不可能涉及的化学反应是( )ACaCO3CaOCO2=高温B2FeOSi2FeSiO2=高温CSiO23CSiC2CO=高温DCaOSiO2CaSiO3=高温答案 B解析 高温下石灰石首先分解产生 CaO 和 CO2，生成的生石灰(碱性氧化物)可与 SiO2(酸性氧化物)反应实现高炉造渣；生成的 CO2可与碳反应提供一部分还原剂 CO。因无单质硅，所以没有 B 项所给的反应发生。题组三 金属冶炼的有关计算9在高温下用一氧化碳还原m g 四氧化三铁得到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.21n mn64n 3m3nC. D.mn 32n24n mn答案 B解析 设铁的相对原子质量为x，则Fe3O44CO3Fe4CO2=高温3x64 3xm n ，x。3x64 3xm n64n 3m3n10用足量的 CO 还原 32.0 g 某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到 60 g 沉淀，则该氧化物是( )AFeO BFe2O3 C
