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第一单元 金属的冶炼方法
专题9　金属与人类文明
课程标准 核心素养目标
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式和金属冶炼的一般方法，能够书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。 1.(科学态度与社会责任)以金属矿物开发利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用，体会保护金属资源的重要性。
2．(宏观辨识与微观探析)掌握金属冶炼的一般原理，了解适用于不同金属的冶炼方法。掌握铝热反应的原理及实验步骤。
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。例如，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。
可塑
导电
矿石
化合态
Fe2O3
Al2O3
金
银
(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。
强
化合态
弱
游离态
游离态
化合态
化合态
单质
陨石
氧化物
硫酸盐
(2)银元素有 、 、 等存在形式。
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。
自然银
辉银矿(Ag2S)
碲银矿(Ag2Te)
化学反应
化合态
游离态
(3)金属的冶炼方法
①热分解法：适合冶炼 的金属。
不活泼
例如： 、2HgO 2Hg＋O2↑。
②高温还原法：高温下用 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。
2Ag2 O 4Ag＋O2↑
还原剂(C、CO、H2和活泼金属等)
较活泼
Mg＋Cl2↑
2Na＋Cl2↑
4Al＋3O2↑
2．铁的冶炼(高炉炼铁)
(1)原料： 、 和 等。
(2)设备：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(写化学方程式)
铁矿石
焦炭
石灰石
还原
3．铝热反应
(1)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。
铝粉
金属氧化物
单质
铝粉
金属氧化物
一定比例
(2)实验探究
实验
装置
实验
现象 镁条 ，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；纸漏斗
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
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：
原理
应用 ①冶炼 、活动性 于Al的金属，如钒、铬、锰等；
②金属焊接，如 等
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
熔点较高
弱
焊接钢轨
[微点拨]铝热反应实验注意事项：
(1)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行。
(2)氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀，以保证氧化铁与铝都充分反应。
(3)内层滤纸要用水润湿，以防止纸漏斗燃烧。
(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。
(5)镁条的作用是为铝热反应提供高温条件，氯酸钾为氧化剂，使反应更剧烈。
4．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： ；
Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]
Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3
③灼烧： ；
④电解： 。
(2)
有关反应的化学方程式：
①酸溶： ；
②碱化： ；
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O
AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl
微诊断（判断正误)
(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)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼(　　　　)
(3)Al与MgO也能发生铝热反应(　　　　)
(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(　　　　)
×
×
×
×
√
探究　金属的冶炼方法
工业炼铁高炉
[问题探究]
(1)高炉炼铁中焦炭的作用是什么？
(2)原料中的石灰石起什么作用？
(3)可以用铝热法冶炼铁吗？
提示：不能，不仅成本高，而且冶炼铝比铁更难。
(4)冶炼金属常考虑的角度有哪些？
提示：金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活动性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上被开发利用的时间也相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。
1．金属冶炼的步骤及目的
步骤 目的
矿石富集 除去杂质、提高矿石中有效成分的含量
冶炼 根据目标产物选择合适的化学反应，用适当还原剂把矿石中的化合态金属还原，得到粗金属单质
精炼 加入试剂除杂或电解精炼，得到纯金属
2.金属冶炼方法的选择
金属的活
动性顺序 K、Ca、Na、
Mg、Al Zn、Fe、Sn、
Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au
金属原
子失电子能力 强→弱
金属离
子得电子能力 弱→强
主要冶炼方法 电解法 高温还原法 热分解法 物理方法
(1)高温还原法中常用的还原剂有C、CO、H2、Al。
(2)MgCl2、MgO都是离子化合物，在熔融时都可电离，通电时都可电解生成Mg，但MgCl2的熔点比MgO的低，故冶炼镁时用电解熔融MgCl2的方法。
(3)AlCl3为共价化合物，熔融时不电离，故冶炼Al时应用电解熔融Al2O3的方法。
3．各类高温还原法的比较
类别 优点 缺点
H2还原法 金属纯度高 工业成本高
CO和C
还原法 工业成本低 金属纯度低，产生污染性气体CO
铝热法 可以冶炼熔点高、难以冶炼的金属 工业成本较高
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。这是因为铁的金属活动性比铜强，自然铁主要存在于陨石中。
(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，可以发现金属的活动性越弱，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迟。
C
解析：
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。
B
解析：
C
解析：
C
解析：
汞不活泼，采用热分解法制取，A正确；火法炼铜属于高温还原法，B正确；氯化铝是共价化合物，熔融状态下不电离出Al3+，应采用电解氧化铝的方法制取，C错误；四氧化三铁被CO还原，属于高温还原法，D正确。
D
解析：
Cu2S既是氧化剂又是还原剂，Cu2O是氧化剂；Cu是还原产物，SO2是氧化产物。
4．我国很早就有冶炼铜的历史。《抱朴子内篇·黄白》中记载“曾青涂铁，铁赤色如铜”，其反应的化学方程式为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。此反应为古代湿法炼铜的主要反应。
(1)以上反应中，作还原剂的物质是______，铜元素的化合价________(填“升高”或“降低”)。
(2)反应中每生成1 mol Cu，消耗CuSO4的物质的量是________mol，转移电子的物质的量是________mol。
答案：(1)铁　降低　(2) 1　2
解析：
(1)该反应中铁的化合价从0变成＋2，所以铁作还原剂，铜元素的化合价从＋2变成0，化合价降低。
(2)根据化学方程式中化学计量数之间的关系，每生成1 mol Cu，消耗CuSO4的物质的量是1 mol，根据化合价变化的关系，每生成1 mol Cu，转移电子的物质的量为2 mol。

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