化學(xué)蘇教版（浙江版）必修一講義專題3從礦物到基礎(chǔ)材料第二單元第1課時(shí)

/08/8/第二單元鐵、銅的獲取及應(yīng)用第1課時(shí)從自然界中獲取鐵和銅知識(shí)內(nèi)容必考要求加試要求1.自然界鐵、銅的存在形式。2．工業(yè)煉鐵的反應(yīng)原理。abab目標(biāo)定位熟知鐵的冶煉原理和方法，會(huì)寫有關(guān)的化學(xué)方程式。一鐵、銅的存在形式1．鐵和銅在自然界中主要以化合態(tài)的形式存在。(1)常見的鐵礦有磁鐵礦(主要成分為Fe3O4)、赤鐵礦(主要成分為Fe2O3)、黃鐵礦(主要成分為FeS2)、菱鐵礦(主要成分為FeCO3)等。(2)常見的銅礦有孔雀石[主要成分為CuCO3·Cu(OH)2]、黃銅礦(主要成分為CuFeS2)等。2．人們最早利用的單質(zhì)鐵和單質(zhì)銅均直接來自于自然界。所不同的是鐵單質(zhì)只存在于從天而降的隕鐵中，所以古代人稱鐵為“天石”，而銅則來自于地球上自然存在的少量單質(zhì)銅。歸納總結(jié)地殼中存在少量單質(zhì)銅，但沒有單質(zhì)鐵，只有隕鐵中含有單質(zhì)鐵。1．下列物質(zhì)中，含銅元素的是()A．天石 B．孔雀石C．赤鐵礦 D．石灰石答案B解析孔雀石的主要成分為CuCO3·Cu(OH)2。二鐵的冶煉鐵的冶煉(1)原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石等。(2)設(shè)備：煉鐵高爐。(3)反應(yīng)原理：用還原劑將鐵從其化合物中還原出來。(4)工藝流程：從高爐下方鼓入空氣與C反應(yīng)產(chǎn)生CO2并放出大量的熱量；CO2再與灼熱的C反應(yīng)，生成CO；CO在高溫下將氧化鐵還原為金屬鐵。(5)鐵礦石中含有二氧化硅需除去：石灰石在高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與鐵礦石中的二氧化硅等反應(yīng)生成爐渣，爐渣的密度比鐵水小，故浮在鐵水上面，從而分離得到鐵水。(6)用這種方法煉出來的鐵是含碳2%～4.5%的生鐵。將生鐵進(jìn)一步煉制，就可以得用途更廣泛的鋼(含碳0.03%～2%)。歸納總結(jié)煉鐵的主要化學(xué)反應(yīng)(1)還原劑的形成：C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2，C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO。(2)鐵的還原：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。(3)爐渣的形成：CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3。[提醒]煉鐵時(shí)投進(jìn)的焦炭轉(zhuǎn)化為CO，CO才是煉鐵時(shí)的還原劑。爐渣的主要成分是CaSiO3。2．高爐煉鐵過程中既被氧化又被還原的元素是()A．鐵 B．氮C．氧 D．碳答案D解析本題考查煉鐵原理?；痉磻?yīng)包括：C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2，CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO,3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。觀察上述反應(yīng)，可知碳元素的化合價(jià)既有升高又有降低，氧元素化合價(jià)降低，鐵元素化合價(jià)降低。3．下列說法正確的是()A．高爐煉鐵用于還原氧化鐵的還原劑是焦炭B．煉鐵時(shí)，加入石灰石的作用是促進(jìn)氧化鐵的還原C．我國最早應(yīng)用的金屬是銅D．用于電氣工業(yè)的銅是由黃銅礦冶煉得到的答案C解析高爐煉鐵用到的還原劑是CO，加入的石灰石的作用是除去礦石中的SiO2；電氣工業(yè)用的銅是精銅，而由黃銅礦冶煉得到的銅是粗銅。1．用赤鐵礦為原料冶煉鐵，應(yīng)采取的冶煉方法是()A．電解法 B．熱氧化法C．熱還原法 D．熱分解法答案C解析鐵性質(zhì)較活潑，通常用熱還原法冶煉，C正確。2．下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中，正確的是()A．制鈉：用海水為原料制得精鹽，再電解純凈的NaCl溶液B．制鋁：從鋁土礦中獲得氧化鋁再得到氯化鋁固體，電解熔融的氯化鋁得到鋁C．制鎂：用海水為原料，經(jīng)一系列過程制得氧化鎂固體，H2還原得鎂D．制鐵：以鐵礦石為原料，CO還原得鐵答案D解析分別電解熔融的NaCl、MgCl2、Al2O3(和冰晶石)來制取Na、Mg、Al，A、B、C三項(xiàng)均錯(cuò)。3．古代的“藥金”外觀與金相似，常被誤認(rèn)為是金子。其冶煉方法如下：將碳酸鋅、赤銅(Cu2O)、木炭按一定比例混合加熱到800℃，即得金光閃閃的“藥金”。(1)“藥金”的主要成分是____________。(2)有關(guān)冶煉的化學(xué)方程式是_______________________________________________。答案(1)Cu、Zn(2)ZnCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))ZnO＋CO2↑、2ZnO＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2Zn＋CO2↑、2Cu2O＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))4Cu＋CO2↑解析高溫下，ZnCO3分解生成ZnO和CO2，木炭將Cu2O、ZnO分別還原為Cu、Zn。4．某實(shí)驗(yàn)小組用銅綠[CuCO3·Cu(OH)2]、鐵粉和稀硫酸制取銅，實(shí)驗(yàn)過程如下：加熱銅綠得到一種黑色固體，將鐵粉與稀硫酸反應(yīng)制得的氣體通入黑色固體中并加熱，充分反應(yīng)后得到銅。(1)上述實(shí)驗(yàn)過程中所發(fā)生的化學(xué)方程式為__________________________________；________________________________________________________________________；________________________________________________________________________。(2)某同學(xué)將上述實(shí)驗(yàn)過程改為將銅綠溶于適量稀硫酸中，然后加入適量鐵粉，充分反應(yīng)后，過濾，也可以得到銅。則所發(fā)生的化學(xué)方程式為_________________________________；________________________________________________________________________。答案(1)CuCO3·Cu(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋CO2↑＋H2OFe＋H2SO4(稀)=FeSO4＋H2↑CuO＋H2eq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2O(2)CuCO3·Cu(OH)2＋2H2SO4=2CuSO4＋CO2↑＋3H2OCuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4解析(1)銅綠受熱分解生成CO2、H2O和黑色的CuO，F(xiàn)e與稀硫酸反應(yīng)生成FeSO4和H2，H2和CuO共熱生成Cu和H2O。(2)銅綠與稀硫酸反應(yīng)生成CuSO4、CO2和H2O，F(xiàn)e與CuSO4溶液反應(yīng)生成Cu和FeSO4。課時(shí)作業(yè)[經(jīng)典基礎(chǔ)題]1．下列有關(guān)金屬冶煉的說法中，不正確的是()A．用電解熔融氯化鎂的方法冶煉金屬鎂B．在加熱情況下利用氫氣還原氧化鋁得到金屬鋁C．用鋁熱法煉得熔點(diǎn)較高的金屬鉻D．直接加熱氧化汞得到金屬汞答案B2．下列情況下，能通過置換反應(yīng)得到鐵的是()A．銅與氯化亞鐵溶液常溫下混合B．一氧化碳通過灼熱的三氧化二鐵C．氫氣通入硫酸亞鐵溶液D．鋁和四氧化三鐵混合加熱到高溫答案D3．用一定量的鐵與足量的稀硫酸及足量的CuO反應(yīng)制單質(zhì)銅，有人設(shè)計(jì)了以下兩種方案：①Feeq\o(→,\s\up7(H2SO4))H2eq\o(→,\s\up7(CuO))Cu②CuOeq\o(→,\s\up7(H2SO4))CuSO4eq\o(→,\s\up7(Fe))Cu若按實(shí)驗(yàn)原則進(jìn)行操作，則兩者制得單質(zhì)銅的量()A．一樣多 B．①多C．②多 D．無法判斷答案C解析方案①中，用H2還原CuO時(shí)，加熱前要先通H2，以排除裝置中的空氣，以防加熱時(shí)爆炸，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需繼續(xù)通一會(huì)兒H2，直到冷卻為止，以防止Cu重新被空氣中的O2氧化，因此，要制得1molCu需要的H2多于1mol，即需要的Fe多于1mol。故等量的Fe按方案②制得Cu的量多。4．純鐵的熔點(diǎn)為1535℃，而高爐中煉鐵時(shí)生鐵(含碳量較高的鐵合金)在1200℃左右就熔化了，這是因?yàn)?)A．鐵的純度越高熔點(diǎn)越低B．合金的熔點(diǎn)比其成分物質(zhì)的熔點(diǎn)高C．生鐵形成了鐵碳合金，所以熔點(diǎn)變低D．在高爐中熔化的過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)答案C解析合金的熔點(diǎn)一般低于其成分物質(zhì)的熔點(diǎn)。生鐵的熔點(diǎn)低是因?yàn)镕e和C形成了合金。5．硅在自然界中只以化合態(tài)形式存在，如鐵礦石中的硅主要以脈石(SiO2)的形式存在。煉鐵時(shí)為了除去脈石，向煉鐵高爐中加入石灰石。該過程不可能涉及的化學(xué)反應(yīng)是()A．CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑B．2FeO＋Sieq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋SiO2C．SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑D．CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3答案B解析高溫下石灰石首先分解產(chǎn)生CaO和CO2，生成的生石灰(堿性氧化物)可與SiO2(酸性氧化物)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高爐造渣；生成的CO2可與碳反應(yīng)提供一部分還原劑CO。因無單質(zhì)硅，所以沒有B項(xiàng)所給的反應(yīng)發(fā)生。6．已知：Cu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O,3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，為檢驗(yàn)?zāi)辰饘巽~粉末樣品中是否含有Cu2O，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下方案，其中不合理的是()A．將足量CO通過灼熱樣品，冷卻后稱量，若固體質(zhì)量減小，則含有Cu2OB．將干燥的H2通過灼熱樣品，再通過無水硫酸銅，若無水硫酸銅變藍(lán)，則含有Cu2OC．取少量樣品，加入稀硝酸，充分振蕩后若觀察到溶液呈藍(lán)色，則含有Cu2OD．取少量樣品，加入稀硫酸，充分振蕩后若觀察到溶液呈藍(lán)色，則含有Cu2O答案C解析將足量CO通過灼熱樣品，冷卻后稱量，若固體質(zhì)量減小，說明含有氧化物，則含有Cu2O，A正確；如含有Cu2O，在加熱條件下通入氫氣，則生成水，通過無水硫酸銅，若無水硫酸銅變藍(lán)，B正確；銅和Cu2O都可與稀硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅離子，不能確定是否含有Cu2O，C錯(cuò)誤；將固體加入到稀硫酸中，如溶液變藍(lán)色，則含有Cu2O，D正確。7．用足量的CO還原32.0g某種氧化物，將生成的氣體通入足量澄清石灰水中，得到60.0g沉淀，則該氧化物是()A．FeOB．Fe2O3C．CuOD．Cu2O答案B解析n(CO2)＝n(CaCO3)＝eq\f(60.0g,100g·mol－1)＝0.6mol，則該氧化物中n(O)＝0.6mol，m(O)＝0.6mol×16g·mol－1＝9.6g。金屬的質(zhì)量為32g－9.6g＝22.4g，假設(shè)為Fe元素，n(Fe)∶n(O)＝eq\f(22.4g,56g·mol－1)∶0.6mol＝2∶3；假設(shè)為Cu元素，n(Cu)∶n(O)＝eq\f(22.4g,64g·mol－1)∶0.6mol＝7∶12。故B項(xiàng)正確。[能力提升題]8．銅器長期暴露在潮濕空氣中，它的表層往往含有“銅綠”(堿式碳酸銅)，它受熱易分解。為了從銅綠中制得銅，并測定銅綠在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，把銅綠樣品放在試管中，與通入的純凈氫氣在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖。請(qǐng)回答下列有關(guān)問題：(1)A處應(yīng)選用下列裝置中的____________(填寫序號(hào))(鐵架臺(tái)已省去)。選用的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)反應(yīng)開始前，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置必須進(jìn)行的操作是____________________________；反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，最好先__________________，反應(yīng)完畢后，若不改變原裝置的連接，應(yīng)先________________，再____________________，這樣做的理由是__________________，待試管冷卻后再________________，實(shí)驗(yàn)過程中觀察到試管底部的現(xiàn)象是________________________________________________________________________。(3)實(shí)驗(yàn)完成后，要測定銅綠在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是________________________________________________________________________。答案(1)丙因反應(yīng)有水生成，試管口應(yīng)略向下傾斜，低于試管底部，防止冷凝水倒流到試管底部而使試管炸裂；通入氫氣的導(dǎo)管應(yīng)通入試管底部，有利于排盡裝置內(nèi)空氣(2)稱量樣品質(zhì)量，檢查裝置氣密性，稱量裝置D(含氫氧化鈉溶液)質(zhì)量通入氫氣后加熱撤去導(dǎo)氣管熄滅酒精燈防止硫酸倒流停止通氫氣固體由綠色變成黑色，最后變成光亮的紅色(3)實(shí)驗(yàn)后裝置D的質(zhì)量解析實(shí)驗(yàn)原理Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋CO2↑＋H2O，CuO＋H2eq\o(=,\s\up7(△))Cu＋H2O。(1)A處給固體加熱，又要用氫氣還原氧化銅，將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合二為一，選擇丙；理由為一是加熱固體有水生成，試管口必須向下傾斜；二是氫氣還原氧化銅，氫氣要通入試管底部，便于排盡裝置內(nèi)空氣。(2)反應(yīng)前除稱量樣品質(zhì)量外，還要檢查裝置氣密性，稱量D(含氫氧化鈉溶液)質(zhì)量。反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，要先通氣，后加熱。反應(yīng)完畢后，要先將B中的導(dǎo)氣管升高至離開液面，再熄滅酒精燈，以防止液體倒流。繼續(xù)通入氫氣至試管冷卻，防止赤熱銅被氧化生成氧化銅。試管過程中可以觀察到：試管內(nèi)固體由綠色變成黑色，最后變成亮紅色。(3)要測定樣品中銅綠質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需測定D裝置實(shí)驗(yàn)后的質(zhì)量，D裝置溶液凈增質(zhì)量等于吸收的二氧化碳質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳質(zhì)量求銅綠質(zhì)量。注意：A銅綠中含有銅，不能根據(jù)反應(yīng)后銅的質(zhì)量計(jì)算銅綠質(zhì)量；B、加熱銅綠和氫氣還原氧化銅都產(chǎn)生水，故不能根據(jù)B、C增重質(zhì)量，即反應(yīng)生成水的質(zhì)量來計(jì)算銅綠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。9．工業(yè)上可采用多種方法煉銅。(1)在地下利用爆破粉碎孔雀石[Cu2(OH)2CO3]，再注入稀硫酸原地浸取，將浸取液抽到地表，加入鐵屑制得銅。則該方法中冶煉銅的有關(guān)化學(xué)方程式為①_____________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。(2)利用一氧化碳還原赤銅礦(Cu2O)冶煉銅。實(shí)驗(yàn)室可用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)硬質(zhì)玻璃管中的反應(yīng)結(jié)束時(shí)，應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是______________________________________________________________________________________________________________。(3)利用輝銅礦(Cu2S)冶煉銅的原理如下：Ⅰ.取一定質(zhì)量的Cu2S在空氣中高溫焙燒，完全反應(yīng)后生成一種銅的氧化物和二氧化硫；Ⅱ.再取上述一半質(zhì)量的Cu2S，與Ⅰ中生成的銅的氧化物混合均勻，隔絕空氣高溫煅燒，恰好完全反應(yīng)，生成銅和二氧化硫。結(jié)合質(zhì)量守恒定律，推斷這種銅的氧化物的化學(xué)式。答案(1)①Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4=2CuSO4＋3H2O＋CO2↑②CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4(2)先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳，防止新生成的銅被再次氧化(3)Cu2O解析(1)Cu2(OH)2CO3與稀硫酸反應(yīng)生成CuSO4、CO2和H2O，化學(xué)方程式為Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4=2CuSO4＋3H2O＋CO2↑；加入鐵屑后，鐵和硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵，化學(xué)方程式為CuSO4＋Fe=Cu＋FeSO4。(2)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，先停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳，直至試管冷卻，防止新生成的銅被再次氧化。(3)設(shè)n(Cu2S)＝1mol，反應(yīng)生成的銅的氧化物為CuxOy。由題意和Cu原子守恒可知，Cu2S→eq\f(2,x)CuxOy，eq\f(1,2)Cu2S＋eq\f(2,x)CuxOyeq\o(=,\s\up7(高溫))3Cu＋eq\f(1,2)SO2，由O原子守恒，eq\f(2y,x)＝1，則x∶y＝2∶1，即該銅的氧化物為Cu2O。10．堿式碳酸銅可表示為xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O，測定堿式碳酸銅組成的方法有多種。(1)現(xiàn)采用氫氣還原法，請(qǐng)回答如下問題：①寫出xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O與氫氣反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________；②實(shí)驗(yàn)裝置用下列所有儀器連接而成，按氫氣流方向的連接順序是(填入儀器接口字母編號(hào))：(a)→()()→()()→()()→()()→()()→(l)③稱取24.0g某堿式碳酸銅樣品，充分反應(yīng)后得到12.8g殘留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。該樣品的結(jié)晶水質(zhì)量為________g，化學(xué)式為________________