專(zhuān)題2.5-3　物質(zhì)的轉(zhuǎn)化金屬的冶煉（原卷版）

第2章物質(zhì)轉(zhuǎn)化與材料利用2.53物質(zhì)的轉(zhuǎn)化——金屬的冶煉目錄TOC\o"13"\h\z\u 1 3 4 5【基礎(chǔ)鞏固練】 5【發(fā)散思維練】 6【核心素養(yǎng)練】 8【中考提分練】 10金屬的冶煉1.金屬在自然界的存在：僅有少數(shù)金屬是以游離態(tài)(即單質(zhì))的形式存在的，大多數(shù)金屬是以化合態(tài)的形式存在的。2.金屬的冶煉原理與方法（1）原理：金屬氧化物與還原劑(C、CO、H2等)在高溫(或加熱)下反應(yīng)，還原劑奪取金屬氧化物中的氧，使其還原成金屬單質(zhì)。（2）方法常用的金屬冶煉方法是用C、CO(熾熱的碳能在高溫條件下與二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳：C＋CO2===2CO)或H2等具有還原性的物質(zhì)與金屬氧化物在高溫下反應(yīng)，奪取金屬氧化物中的氧，從而得到金屬單質(zhì)。例如：C＋2CuOeq\o(=====,\s\up7(高溫))2Cu＋CO2↑C＋CO2eq\o(=====,\s\up7(高溫))2COCO＋CuOCu＋CO2H2+CuOCu+H2O3.還原反應(yīng)：含氧化合物里的氧被奪取的反應(yīng)，叫作還原反應(yīng)。能從含氧化合物中奪取氧的性質(zhì)叫作還原性。有還原性的物質(zhì)可作還原劑。上述反應(yīng)都是還原反應(yīng)。4.氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象或結(jié)論(1)觀察氧化銅的顏色；(2)在試管中加入少量氧化銅，通入氫氣，過(guò)一會(huì)兒，再給氧化銅加熱；(3)反應(yīng)完成后停止加熱；(4)繼續(xù)通入氫氣，直到試管冷卻(1)氧化銅是黑色固體；(2)固體物質(zhì)由黑色粉末變成紅色物質(zhì)，試管口有水生成。反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2+CuOCu+H2O5.鐵的冶煉原理：在高溫下，用還原劑(主要是一氧化碳)從鐵礦石中把鐵還原出來(lái)。如圖是“一氧化碳還原氧化鐵”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。上述實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室模擬鐵的冶煉過(guò)程，即在高溫下，用還原劑(主要是一氧化碳)從鐵礦石中把鐵還原出來(lái)。實(shí)驗(yàn)中紅色粉末逐漸變成黑色，澄清石灰水變渾濁，生成了鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。注意處理尾氣CO的酒精燈要先點(diǎn)燃，最后熄滅。以防止有毒的CO逸散到空氣中污染空氣?！咀⒁狻?1)可燃性氣體在不純時(shí)點(diǎn)燃或加熱有可能發(fā)生爆炸，因此，在點(diǎn)燃或加熱前應(yīng)進(jìn)行純度檢驗(yàn)；在做實(shí)驗(yàn)時(shí)要先通氣體后加熱，以免混合氣體點(diǎn)燃時(shí)發(fā)生爆炸。(2)含氧化合物里的氧被奪取的反應(yīng)，叫作還原反應(yīng)。能從氧化物中奪取氧的性質(zhì)叫作還原性，具有還原性的物質(zhì)可作還原劑。1.有關(guān)純度問(wèn)題的計(jì)算(1)純凈物質(zhì)量=混合物質(zhì)量×純度(2)某純凈物中組成元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=某組成元素的質(zhì)量/純凈物質(zhì)量×100%(3)混合物質(zhì)量=純凈物質(zhì)量/純度舉例：測(cè)定某地石灰石樣品中碳酸鈣的純度，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)如下所示：10g石灰石樣品＋100g稀鹽酸（足量）106.04g剩余的混合物石灰石樣品的主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣會(huì)跟稀鹽酸反應(yīng)而雜質(zhì)不反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物是氯化鈣、二氧化碳和水，其中二氧化碳以氣體形式逸散到空氣中，使溶液質(zhì)量減少，即減少的質(zhì)量就是二氧化碳的質(zhì)量。計(jì)算石灰石樣品的純度：CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O10044x10g+100g106.04g得x=9g石灰石樣品的純度為9g/10g×100%=90%【注意】在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，所用的原料或產(chǎn)物一般含有雜質(zhì)，在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮到雜質(zhì)問(wèn)題。如果題目給出不純物質(zhì)的質(zhì)量，必須先換算成純凈物質(zhì)的質(zhì)量。純物質(zhì)的質(zhì)量＝不純物質(zhì)的質(zhì)量×純物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2.氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)（1）步驟：①氫(檢驗(yàn)氫氣的純度后先通一會(huì)兒氫氣)；②燈(點(diǎn)燃酒精燈給氧化銅加熱)；③燈(實(shí)驗(yàn)完畢后，先熄滅酒精燈)；④氫(繼續(xù)通氫氣，直到試管完全冷卻)。先通入氫氣是為了排盡裝置中的空氣，否則具有可燃性的氫氣與空氣混合加熱，容易發(fā)生爆炸。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后先熄滅酒精燈，繼續(xù)通氫氣，直至試管冷卻，是防止生成的銅在溫度較高時(shí)再次被氧氣氧化成氧化銅，使實(shí)驗(yàn)失敗。（2）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)①盛放CuO的試管口要略向下傾斜，防止生成的水流入試管底部，使試管炸裂。②實(shí)驗(yàn)應(yīng)先通H2，再加熱，防止氫氣與空氣混合加熱時(shí)發(fā)生爆炸。③實(shí)驗(yàn)停止后，繼續(xù)通H2，直至試管冷卻，防止灼熱的銅被空氣中的氧氣氧化成CuO?！境？肌苛私饨饘俚囊睙捲砼c方法【例1】點(diǎn)燃鋁熱劑(鋁粉和氧化鐵粉末的混合物)能釋放出大量的熱量，生成高溫熔融的鐵，鐵可以用來(lái)修補(bǔ)鐵軌，反應(yīng)如下：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。其中還原劑是()A.Fe2O3B.AlC.FeD.Al2O3【例2】用如圖所示的玻璃管進(jìn)行碳還原氧化銅實(shí)驗(yàn)。(1)當(dāng)A處的黑色固體變紅時(shí)，可觀察到B處的現(xiàn)象是。(2)查閱資料發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)生成的紅色固體除了銅以外還可能含有氧化亞銅(Cu2O)，氧化亞銅可以與硫酸發(fā)生如下反應(yīng)：Cu2O+H2SO4Cu+CuSO4+X，該反應(yīng)中X的化學(xué)式為?！境？?】掌握金屬冶煉的有關(guān)計(jì)算【例3】在學(xué)習(xí)“金屬的冶煉”時(shí)，某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置測(cè)量氧化銅樣品中氧化銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)所取氧化銅樣品質(zhì)量為10克。(所含雜質(zhì)不參加反應(yīng))(1)該實(shí)驗(yàn)利用了一氧化碳的性，玻璃管內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是。(2)甲同學(xué)的方法：先測(cè)出氫氧化鈉濃溶液的質(zhì)量為50克，待反應(yīng)完全后再次稱(chēng)量，質(zhì)量為54.4克。請(qǐng)你計(jì)算樣品中氧化銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(一氧化碳不與氫氧化鈉溶液反應(yīng))(3)乙同學(xué)的方法：先稱(chēng)量出玻璃管及樣品的總質(zhì)量為m1，待反應(yīng)完全后再次稱(chēng)量，質(zhì)量為m2，利用m1m2的值，求出樣品中氧化銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中m1m2的值是指的質(zhì)量。(4)同學(xué)們查閱到CO除了具有可燃性、難溶于水等性質(zhì)外，還具有毒性。因此，本實(shí)驗(yàn)中還需對(duì)尾氣進(jìn)行處理。請(qǐng)你提出一種處理方法：。【基礎(chǔ)鞏固練】1.(2020?重慶A)“中國(guó)高鐵，世界第一”，高鐵列車(chē)車(chē)體材料使用了含鎳不銹鋼，工業(yè)上火法煉鎳的原高溫理是C+2NiO2Ni+CO2↑，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.反應(yīng)中NiO發(fā)生還原反應(yīng)B.氣體產(chǎn)物中可能有COC.該不銹鋼中還含有鐵和碳D.該不銹鋼合金的硬度小于純鐵2.(2020?蘇州)利用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置模擬工業(yè)煉鐵。下列說(shuō)法正確的是（）A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先點(diǎn)燃酒精燈后通COB.充分加熱，a處固體由黑色變?yōu)榧t色C.b處可用澄清石灰水檢驗(yàn)生成的CO2D.可用NaOH溶液吸收尾氣中的CO3.從孔雀石[主要成分CuCO3?Cu(OH)2]中提取金屬銅的實(shí)驗(yàn)步驟如下：將孔雀石粉碎，加過(guò)量稀硫酸，充分反應(yīng)后過(guò)濾，向?yàn)V液中加入一種金屬粉末。(1)請(qǐng)?zhí)羁眨篊uCO3?Cu(OH)2+2H2SO4===CuSO4+CO2↑+3____________。(2)寫(xiě)出可以加入的一種金屬并說(shuō)明理由：________________________________________________。4.(2021?義烏廿三里期中聯(lián)考)某同學(xué)為了探究木炭和氧化銅在高溫條件下生成的氣體產(chǎn)物的成分，提出了如下猜想：a.可能是二氧化碳b.可能是一氧化碳并設(shè)計(jì)如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論如下：I.若澄清的石灰水變渾濁，則氣體為二氧化碳；Ⅱ.若澄清的石灰水不變渾濁，則氣體為一氧化碳。請(qǐng)你分析并回答：(1)該同學(xué)的猜想是否嚴(yán)謹(jǐn)?可以補(bǔ)充猜想c：________________________。(2)該實(shí)驗(yàn)裝置存在的缺陷是________________________。(3)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)的操作步驟是________________________。(4)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)試管①內(nèi)壁上附著不易用試管刷洗凈的固體生成物，適合清洗試管①的試劑是____________________________________。5.已知反應(yīng)：H2和CO在這兩個(gè)反應(yīng)中均將Fe2O3還原為Fe，均作還原劑。(1)請(qǐng)你分析上述反應(yīng)中還原劑各元素的化合價(jià)在化學(xué)反應(yīng)前后的變化情況，歸納出化學(xué)反應(yīng)中還原劑所含元素化合價(jià)的變化規(guī)律：______________________。(2)請(qǐng)根據(jù)你得出的規(guī)律，Mg+CuCl2===MgCl2+Cu中的還原劑是___________。(3)在化學(xué)反應(yīng)中與還原劑中元素化合價(jià)變化規(guī)律相反的物質(zhì)稱(chēng)為氧化劑，則Cl2+2NaBr===Br2+2NaCl中的氧化劑是____________________。6.我國(guó)每年報(bào)廢的超過(guò)1億部。廢舊的電路板中含有多種金屬，隨意丟棄會(huì)造成資源浪費(fèi)并污染土壤和水體。某電路板中含有Fe、Sn、Cu、Ag、Au等金屬，如圖是某工廠(chǎng)回收其中部分金屬的流程圖。(其中Sn、Au在化合物中的化合價(jià)分別為+2和+3)(1)過(guò)程Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均涉及的操作是___________，該操作需要用到一種金屬材料制成的儀器是___________。(2)寫(xiě)出過(guò)程Ⅱ中反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________。(3)寫(xiě)出過(guò)程Ⅲ中反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________。(4)濾液4的主要成分(水除外)是：__________________?！景l(fā)散思維練】7.(2021?杭州模擬)如圖是CO和Fe2O3反應(yīng)的裝置。下列關(guān)于圖示實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法，正確的是（）①說(shuō)明CO具有氧化性②玻璃管中的紅色粉末變成黑色粉末③防止了CO對(duì)空氣的污染④反應(yīng)前應(yīng)先通CO，再加熱酒精燈A.①②④B.①②③C.②③④D.全部8.用一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)e2O3轉(zhuǎn)化為鐵的具體過(guò)程是：已知鐵的氧化物除Fe2O3外，其余均為黑色。下列說(shuō)法正確的是（）A.裝置中漏斗的作用是防止倒吸B.通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以判斷氧化鐵是否完全轉(zhuǎn)化為鐵C.該實(shí)驗(yàn)中所有的化學(xué)反應(yīng)里，氧元素的化合價(jià)均未改變D.當(dāng)硬質(zhì)玻璃管內(nèi)固體中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74%時(shí)，固體成分是Fe3O4和FeO9.氫氣和一氧化碳還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.實(shí)驗(yàn)時(shí)都應(yīng)該先通入氣體后加熱，防止發(fā)生爆炸B.兩者都可以通過(guò)觀察黑色固體顏色的變化判斷反應(yīng)是否發(fā)生C.甲無(wú)尾氣處理裝置而乙有，是因?yàn)橐谎趸加卸径鴼錃鉄o(wú)毒D.甲試管口略向下傾斜，乙玻璃管保持水平，是因?yàn)閮煞N氣體的密度不同10.(2020?云南)鎂及其合金是一種用途很廣泛的金屬材料。大量的鎂是從海水蒸發(fā)結(jié)晶得到粗鹽后的苦鹵水中提取的。根據(jù)下列工業(yè)制鎂的主要生產(chǎn)步驟回答問(wèn)題：(1)操作X的名稱(chēng)是______________。(2)試劑②可選用______________。(3)MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會(huì)產(chǎn)生金屬鎂和氯氣(Cl2)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________。11.(2020?陜西)為測(cè)定某赤鐵礦中Fe2O3的含量，取10g該赤鐵礦樣品于燒杯中，向其中加入100g稀鹽酸，恰好完全反應(yīng)，測(cè)得剩余固體的質(zhì)量為28。(雜質(zhì)不溶于水也不與酸反應(yīng))(1)10g樣品中雜質(zhì)的質(zhì)量為_(kāi)_________g。(2)計(jì)算稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！竞诵乃仞B(yǎng)練】12.(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí))甲、乙兩位同學(xué)根據(jù)下列轉(zhuǎn)化關(guān)系在實(shí)驗(yàn)室中模擬煉鐵，并對(duì)生成物的成分進(jìn)行探究。①模擬煉鐵的原理可能是______________________________(用化學(xué)方程式表示)。②初步分析得知，黑色粉末B的成分是一種或兩種單質(zhì)?！静孪肱c假設(shè)】甲同學(xué)認(rèn)為無(wú)色氣體A中可能有CO2，也可能有____________________。乙同學(xué)認(rèn)為黑色粉末的成分中存在以下情況：假設(shè)一：只含有鐵；假設(shè)二：含有____________________。【實(shí)驗(yàn)探究】(1)驗(yàn)證甲同學(xué)猜想的實(shí)驗(yàn)裝置(箭頭表示氣體流向)。上述實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ中濃硫酸的作用是吸收水蒸氣，裝置Ⅰ的作用是____________________，當(dāng)看到Ⅰ中足量的澄清石灰水變渾濁，Ⅲ中黑色固體變成紅色后，可以確定無(wú)色氣體Ａ的成分是_______________。同時(shí)得出結(jié)論：上述裝置存在重大缺陷，需要補(bǔ)充__________裝置。(2)為驗(yàn)證乙同學(xué)的假設(shè)二成立，請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用物理方法(或化學(xué)方法)完成以下探究。(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告表格中空缺的部分)實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論物理方法部分黑色粉末被吸引上來(lái)假設(shè)二成立化學(xué)方法取少量黑色粉末放在玻璃管中，不斷通入氧氣，加熱，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中假設(shè)二成立【交流反思】對(duì)甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的缺陷，甲、乙同學(xué)一起進(jìn)行了改進(jìn)，解決了污染環(huán)境問(wèn)題。13.(科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任)某中學(xué)化學(xué)興趣小組按照課本實(shí)驗(yàn)方法(如圖甲)，做木炭與氧化銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)很難觀察到紫紅色銅的生成，卻往往有暗紅色固體出現(xiàn)。他們決定對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究和改進(jìn)?！咎岢鰡?wèn)題】暗紅色的固體是什么?如何選擇合適的條件，使木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯?【查閱資料】銅有+1和+2兩種化合價(jià)，通常情況下，氧的化合價(jià)為2，碳的化合價(jià)為4或+4?！静孪肱c假設(shè)】(1)同學(xué)們認(rèn)為這種暗紅色固體可能是一種化合物，并猜測(cè)它的化學(xué)式為_(kāi)_________。(2)同學(xué)們還認(rèn)為，通過(guò)改變反應(yīng)物的狀態(tài)、質(zhì)量比以及反應(yīng)裝置，可以使該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，減少出現(xiàn)暗紅色固體的情況。【分析與交流】(3)小吳建議用超細(xì)炭粉與氧化銅粉末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。你認(rèn)為這樣建議的原理是__________________________________________________。(4)小周建議用圖中的乙裝置替代甲裝置。與甲裝置相比較，乙裝置中將試管直立放置的作用是________________________________________________________________________________。(5)對(duì)下列三種氧化銅和碳的質(zhì)量比例，小施建議選擇_______（填選項(xiàng)序號(hào)）的比例。A.32：3B.40：3C.48：3你認(rèn)為小施這樣選擇的理由是_________________________________________________?！緦?shí)驗(yàn)與結(jié)論】同學(xué)們決定按改進(jìn)后的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們?cè)跈z查了乙裝置的__________后，往試管中加入已干燥的藥品并開(kāi)始加熱，當(dāng)看到澄清石灰水剛出現(xiàn)渾濁時(shí)，__________(填“可以”或“不能”)確定氧化銅和木炭已經(jīng)開(kāi)始反應(yīng)。不久，即可看到試管底部變紅熱，停止加熱后，仍能看到紅熱現(xiàn)象，并沿試管底部自下而上蔓延，這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明該反應(yīng)是__________(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束，先將導(dǎo)氣管從澄清石灰水中取出，然后關(guān)閉止水夾，讓產(chǎn)物自然冷卻。若不關(guān)閉止水夾，可能出現(xiàn)的問(wèn)題是__________________________________________________。待產(chǎn)物冷卻后，同學(xué)們終于找到了期待已久的紫紅色銅珠，實(shí)驗(yàn)獲得了圓滿(mǎn)成功?！局锌继岱志殹?4.(2020?寧波)如圖是某科學(xué)老