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专题9 金属与人类文明
第一单元 金属的冶炼方法
从青铜器时代开始，人类就开始使用金属制作各种各样的工具。随着金属冶炼的方法越来越先进，人们能够制备的金属种类也越来越多，金属在生产、生活中的应用也越来越广泛。
1、熟知金属冶炼的方法及其原理。
2、掌握铝热反应的原理和实验。
1、能从物质性质与反应条件角度解释不同金属冶炼方法的差异。（科学探究与创新意识）
2、认识我国古代文明与金属冶炼的关系。（科学态度与社会责任）
3、感受物质制备中丰富的化学思想。（变化观念与平衡思想）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
陨
铁
金
银
铂
磁铁矿
赤铁矿
黄铁矿
黄铜矿
菱镁矿
孔
雀
石
铝土矿
氯化钠
游离态金属矿
化合态金属矿
一、金属的存在形式
【提示】在化合物中，金属元素都显正价态。将金属从其化合物中还原出来，用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。
【思考与讨论】自然界中绝大多数金属元素以化合物的形式存在，
怎样将它们转变为金属单质呢？（科学探究与创新意识）
得电子，被还原
Mn+ 　　　　M
+ n e-
金属冶炼的实质：
化合态
游离态
常见金属大规模开发利用的大致年限
思考：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？
1、金属的存在形式与其活动性有关。一般而言，活动性较强的金属，在自然界以各种各样的化合态存在；活动性较弱的金属，有可能以游离态形式存在。有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态。
2、金属利用时间与金属活动性的关系：金属活动性越强，人类开发、利用该金属的时间就越晚；金属活动性越弱，人类开发、利用该金属的时间就越早。
二、金属的冶炼
1、定义：
利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程。
2、原理：
利用氧化还原反应的原理，在一定条件下把金属化合物还原为金属单质。
3、实质：
4、冶炼方法：
金属离子 金属单质，即Mn＋＋ne－===M。
热分解法、高温还原法、电解法、湿法、火法等。
（1）热分解法。
适合一些不活泼金属（一般是金属活动性顺序表中排在氢后的金属）
2HgO 2Hg＋O2↑
△
2Ag2O 4Ag＋O2 ↑
△
古代炼丹家葛洪，曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”，此处的丹砂为硫化汞。
（2）高温还原法。
适合大部分金属（金属活动性顺序表中活动性介于Zn与Cu之间的金属）
高炉炼铁的反应
Fe2O3 ＋ 3CO 2Fe ＋ 3CO2
高温
2CuO + C 2Cu + CO2↑
高温
WO3 + 3H2 W + 3H2O
高温
常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等。
高炉炼铁
高炉炼铁原理:
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
将两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，在其中一个纸漏斗的底部剪一个小孔，用水湿润，再与另一个纸漏斗套在一起，有孔纸漏斗置于内层（使纸漏斗每边都是4层），架在铁架台的铁圈上，其下方放置盛有细沙的蒸发皿或铁盘。
将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物的上面加适量氯化钾，再在混合物中间插一根镁条。点燃镁条，观察并记录实验现象。
【观察思考】
一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来
Fe2O3 +2Al === 2Fe + Al2O3
高温
铝热剂
反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。
镁条为引燃剂
氯酸钾为助燃剂
铝热反应：铝粉与某些金属氧化物（如Fe2O3、MnO2、Cr2O3、V2O5等）的混合物在高温下进行的反应。
铝热剂：铝粉与Fe2O3、MnO2、Cr2O3、V2O5等金属氧化物的混合物称为铝热剂。
3MnO2 + 4Al ==== 3Mn + 2Al2O3
高温
Cr2O3 + 2Al ==== 2Cr + Al2O3
高温
3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3
高温
【提示】铝热反应的应用
冶炼难熔的金属
焊接钢轨
【思考与交流】铝热反应有哪些实际应用？（科学态度与社会责任）
【多识一点】
由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。
自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，使铝走入千家万户。
（3）电解法
较活泼的金属（钠、镁、铝等），一般的还原剂很难将它们从化合物中还原出来，常采用电解熔融化合物的方法来制备这些金属。
从铝土矿中提取铝
2Al(OH)3 == Al2O3 + 3H2O
高温
电解
2Al2O3 == 4Al + 3O2↑
冰晶石
Fe + CuSO4 ==== Cu + FeSO4
Cu2S + O2 ==== 2Cu + SO2
高温
火法炼铜：
（4）其他方法。
Cu + 2AgNO3 ==== 2Ag + Cu(NO3)2
湿法冶金——用活泼金属把不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来。
【讨论与交流】 你能举例说明生活中回收金属的例子吗？（科学态度与社会责任）
【提示】（1）废旧钢铁用于炼钢； （2）废铁屑用于制铁盐； （3）定影液用于回收银。
金属铝的回收与利用
金属活动性顺序表与金属的冶炼：
电解法
高温还原法
热分
解法
金属单质的还原性减弱，金属离子的氧化性增强
物理
方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属的冶炼方法
金属的存在形式
金属的冶炼实质
游离态（不活泼金属）
化合态（绝大数金属）
金属化合物被还原成金属单质
越活泼的金属越不容易被冶炼
铝热反应
冶炼方法
放热反应
铝的还原性
电解法
高温还原法
热分解法
1.下列对铝热反应的说法错误的是 ( )
A．铝热剂中还原剂是铝粉
B．铝热剂是纯净物
C．铝与Fe2O3可组成铝热剂
D．铝热反应是放热反应
B
2.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
C
3．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．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，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 e－
D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
C
提示：Fe3O4＋4CO=====3Fe＋4CO2,1 mol Fe3O4―→3Fe，转移8 mol e－，选项C错误。
高温
4．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol，消耗铝最少的是(　　)
A．MnO2 B．Cr2O3
C．WO3 D．CuO
提示：制备1 mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多，反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。
D
5.（2023·辽宁选择考·3）下列有关物质的工业制备反应错误的是（ ）
A.合成氨：N2+3H2 2NH3 B.制HCl：H2+Cl2 2HCl
C.制粗硅：SiO2+2C Si+2CO D.冶炼镁：2MgO(熔融) 2Mg+O2↑
【解析】冶炼金属镁是电解熔融氯化镁，反应方程式为MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑，D错误。
D
如果学习只在模仿，那么我们就不会有科学，就不会有技术。

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