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第一单元　金属的冶炼方法
[核心素养发展目标]　1.熟知铁、铝的冶炼原理和方法。2.知道金属在自然界中的存在形态和金属冶炼的一般方法，会写相关的化学方程式。3.认识我国古代文明与金属冶炼的关系，感受物质制备中丰富的化学思想。
一、金属的存在形式
1．金属的存在形式
(1)金属材料既有良好的______性，坚固耐用，而且还有______、导热等诸多优良性能。
(2)大量的金属元素存在于地壳的______中，地壳中的大部分金属元素都是以______形式存在的。如铁元素存在于赤铁矿(主要成分为________)中，铝元素存在于铝土矿(主要成分为________)中。
(3)在自然界中，只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中，如自然________和自然________等。
(4)除了地壳外，还有一些金属以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠、镁、锰等。
2．金属的存在形式与其活动性的关系
(1)活动性较________的金属，在自然界以各种各样的____________存在。
(2)活动性较________的金属，有可能以____________形式存在。
3．铁、银元素的存在形式
(1)铁元素在自然界中存在形式既有________也有________，主要以________的形式存在。铁元素有________(主要存在于________中)、__________和__________等存在形式。
(2)银元素有________、________、________等存在形式。
(1)由于铁性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质(　　)
(2)金属元素主要存在于地壳的矿石中，海洋中几乎没有金属元素(　　)
(3)由于银的活动性较弱，在自然界中，只有游离态的自然银没有化合态的银矿石(　　)
(4)铝的活动性较强，所以铝被人类开发利用的年限较早(　　)
(5)金属铜是人类使用和开发比较早的金属之一(　　)
下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。
(1)新石器中期，在我国的河北和甘肃等地就已用自然铜来打制铜器，俄罗斯和意大利都有自然铜的矿产地。但很少听闻关于自然铁(单质铁)矿产的报道。为什么？
(2)根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？
(3)找出你熟悉的2～3种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关的化学方程式。
1．下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是(　　)
A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝
B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中
C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中
D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
2．下列叙述正确的是(　　)
A．所有金属元素都只存在于地壳中
B．铁元素主要以化合态存在于自然界
C．常温下所有的金属都是固态
D．金属元素大多数以游离态存在于自然界
二、金属的冶炼
1．金属冶炼
(1)定义：利用____________使金属元素从__________变为__________的过程。
(2)金属冶炼的实质
金属离子金属单质，即Mn＋＋ne－===M。
(3)金属的冶炼方法
①热分解法：适合冶炼__________________的金属。
例如：________________________________________________________________________，
2HgO2Hg＋O2↑。
②高温还原法：用____________________还原金属化合物，适合冶炼金属活动性顺序表中锌到铜之间的大多数金属。
例如：2Al＋Cr2O32Cr＋Al2O3。
③电解法：适合冶炼____________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)___________，2NaCl(熔融)______________________，
2Al2O3(熔融)________________。
2.铁的冶炼(高炉炼铁)
(1)原料：________、________、________等。
(2)设备：炼铁高炉。
(3)原理：高温下用还原剂将铁从其化合物中____________出来。
(4)冶炼过程
3．铝热反应
(1)铝热反应实验中的有关问题
实验装置
实验现象 ①镁条_____________________________________，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗__________
实验结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
原理应用 ①冶炼__________、活动性____于Al的金属，如钒、铬、锰、钨等； ②金属焊接，如__________等
(2)概念
①铝热反应是指工业上用________来还原一些______________(如V2O5、Cr2O3、MnO2等)得到金属________的一类反应。
②铝热剂：________与某些难熔的__________(如Fe2O3等)以______________形成的混合物。
4．知识拓展：冶炼铝的两种工艺流程
(1)
有关反应的化学方程式：
①碱溶：________________________________________________________________________；
②酸化：________________________________________________________________________；
③灼烧：________________________________________________________________________；
④电解：________________________________________________________________________。
(2)
有关反应的化学方程式：
①酸溶：________________________________________________________________________；
②碱化：________________________________________________________________________；
③灼烧：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O；
④电解：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
(1)化合态的金属元素被还原时，一定得到相应的金属单质(　　)
(2)金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原(　　)
(3)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼(　　)
(4)Al与MgO也能发生铝热反应(　　)
(5)铁元素只以化合态形式存在于矿石中(　　)
1．工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO制取镁呢？(MgO的熔点：2 852 ℃，MgCl2的熔点：714 ℃)
2．如图所示进行铝热反应：
观察发生的现象，回答下列问题：
(1)写出该反应的化学方程式：______________________________________________
________________________________________________________________________，
在该反应中________是氧化剂，________是还原剂。
(2)某同学为研究该实验，查阅有关资料得到如下数据：
物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3
熔点/℃ 660 2 054 1 535 1 462
沸点/℃ 2 467 2 980 2 750 —
①该同学推测，铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？________(填“合理”或“不合理”)。
②设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用的试剂是____________，反应的离子方程式为_____________________________________________。
1．《天工开物》中如下描述“共煅五个时辰，其中砂末尽化为汞，布于满釜”。下列金属的冶炼方法与此相同的是(　　)
A．钠 B．铝 C．银 D．铁
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
B．铜的湿法冶炼是将金属钠投入到CuSO4溶液中，从而置换出铜
C．铁通常采用高温还原法冶炼，加入石灰石的目的是除去过量的碳
D．用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液可制得金属钠
3．请写出冶炼下列金属的化学方程式。
(1)加热氧化汞可以得到单质汞，同时生成氧气：____________________________________。
(2)在高温下，一氧化碳与氧化铁反应可以制得金属铁：______________________________。
(3)湿法炼铜(将铁加入硫酸铜溶液中)：
________________________________________________________________________。
(4)电解熔融氯化钠制得金属钠：
________________________________________________________________________。
(1)金属的冶炼方法与金属活动性的关系
(2)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盐溶液中置换出来。例如：CuSO4＋Fe===Cu＋FeSO4。
1．(2022·重庆高一期末)下列元素中，在自然界只以化合态形式存在的是(　　)
A．氮元素 B．铁元素
C．硫元素 D．钠元素
2．下列有关高炉炼铁的说法正确的是(　　)
A．还原氧化铁的还原剂是焦炭
B．采用富氧空气可以得到纯铁
C．加入的石灰石只会产生炉渣无其他作用
D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿
3．在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是(　　)
A．Na、Mg、Al B．Na、Zn、Fe
C．Zn、Fe、Cu D．Mg、Al、Zn、Fe
4．工业上制备下列金属，采用的化学反应原理正确的是(　　)
A．镁：2MgO(熔融)2Mg＋O2↑
B．钙：CaO＋CCa＋CO↑
C．锰：3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3
D．汞：HgSHg＋S
5．金属与人类生活和社会发展的关系非常密切。
(1)如图表示金属活动性顺序表中铜、铁和铝元素被人类大规模开发、利用的大致年限。
图中信息可以说明：铜、铁和铝的金属活动性强弱与人类开发、利用它们的时间先后的关系是________________________________________________________________________。
金属铬(Cr)能溶解在热的盐酸中，放出H2，同时生成CrCl2，预测：铬________(填“能”或“不能”)与硫酸铜溶液反应，理由是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)炼铁的原理是高温下，利用一氧化碳与氧化铁的反应，其反应的化学方程式为Fe2O3＋3CO2Fe＋3X，则X的化学式是____________。
(3)工业上，采用电解熔融氧化铝(Al2O3)的方法冶炼铝，电解熔融氧化铝生成铝和氧气，写出反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第一单元　金属的冶炼方法
一、
1．(1)可塑　导电　(2)矿石　化合态　Fe2O3　Al2O3　(3)金　银
2．(1)强　化合态　(2)弱　游离态
3．(1)游离态　化合态　化合态　单质　陨石　氧化物　硫酸盐　(2)自然银　辉银矿(Ag2S)　碲银矿(Ag2Te)
正误判断
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
深度思考
(1)铁的金属活动性较铜强，自然铁主要存在于陨石中。
(2)金属的活动性越弱，人类开发、利用它的时间越早；金属的活动性越强，人类开发、利用它的时间越晚。
(3)金属Na、Mg
应用体验
1．A　[地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁；金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，铝、铁在自然界中以化合态形式存在，金、铂在自然界中以游离态形式存在。]
2．B
二、
1．(1)化学反应　化合态　游离态　(3)①金属活动性较差　2Ag2O4Ag＋O2↑　②还原剂(CO、C、H2和活泼金属等)　③金属活动性较强　Mg＋Cl2↑　2Na＋Cl2↑　4Al＋3O2↑
2．(1)铁矿石　焦炭　石灰石　(3)还原　(4)C＋O2CO2　C＋CO22CO　Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
3．(1)为铝热反应提供高温条件　产生氧气，引发反应　氧化铁和铝粉的混合物　剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光　下部被烧穿，有熔融物落入沙中　Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3　熔点较高　弱　焊接钢轨　(2)①铝粉　金属氧化物　单质　②铝粉　金属氧化物　一定比例
4．(1)①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O　②NaAlO2＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3　③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O　④2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑　
(2)①Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O　②AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl
正误判断
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
深度思考
1．由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要的能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。
2．(1)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3　Fe2O3　Al　
(2)①合理　②氢氧化钠溶液　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
解析　(1)铝热反应为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。
(2)根据提供的铁和铝的熔点可知，该同学的推测合理。利用Al能与强碱反应而铁不与强碱反应的特性，可以检验熔融物中是否含有铝。
应用体验
1．C　[由题意知描述的是汞的冶炼，采用热分解的方法，银也是不活泼金属，采用热分解法冶炼。]
2．A　[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，工业上电解熔融的NaCl来制取Na。]
3．(1)2HgO2Hg＋O2↑
(2)3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
(3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
(4)2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
随堂演练　知识落实
1．D　[自然界中存在游离态的氮元素，如氮气，故不选A；自然界中存在游离态的铁元素，如从陨石中能找到游离态的铁，故不选B；自然界中存在游离态的硫元素，如硫黄，故不选C；钠元素性质活泼，钠元素在自然界只能以化合态形式存在，故选D。]
2．D　[焦炭发生的反应：C＋O2CO2、CO2＋C2CO，其中CO将铁矿石中的铁还原成铁单质，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，生石灰再与SiO2反应生成CaSiO3炉渣，除去杂质SiO2，C项错误。]
3．C　[Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法；Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法。]
4．C　[工业上电解熔融的氯化镁来制取金属Mg，A错误；钙的工业制法与镁相似，电解熔融的氯化钙，B错误；工业制取Mn用高温还原法，单质Al与二氧化锰发生置换反应，C正确；汞单质的制取用热分解法，分解HgO得到Hg单质，D错误。]
5．(1)金属的活动性越弱，人类开发利用它的时间越早　能　铬排在氢前，而铜排在氢后，铬的活动性大于铜　(2)CO2　(3)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑

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