金屬的冶煉與工藝流程-2021-2022學(xué)年高一化學(xué)期末復(fù)習(xí)（人教版）

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2021-2022學(xué)年高一化學(xué)期末復(fù)習(xí)重點專題突破

專題15金屬的冶煉與工藝流程

由司方法探究

一、金屬的冶煉方法

金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系

金屬的活動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au

金屬原子失電子能力強T弱

金屬離子得電子能力弱一強

主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法

(1)熱分解法：適用于金屬活動性順序表中Hg及其以后的金屬。

△

2HgO2Hg+O2T

△

2Ag2O=^=4Ag+O2T

(2)熱還原法：適用于金屬活動性順序表中Zn、Cu之間的金屬。

高溫

Fe2O3+3CO2Fe+3c。2

WO3+3H2=^=W+3H2。

高溫

Cr2()3+2A1ALO3+2Cr

(3)電解法：適用于金屬活動性順序表中A1及其以前的金屬。

,4心電解

2Al2。3(熔融)—：4A1+3O2?

冰晶石

電解

2NaCl(熔融)2Na+Cl2T

易閨睡

(1)工業(yè)上冶煉Al時用ALCh而不用AlCb，因為AlCb為共價化合物，熔化后不導(dǎo)電。但冶煉

A1時需加入冰晶石(Na3AlF6),以降低熔化溫度。

(2)工業(yè)上冶煉Mg時用MgCh而不用MgO,因為MgO的熔點很高，耗能大。

(3)Au、Pt一般用物理法提取。

(4)利用鋁熱反應(yīng)不能冶煉還原性比A1強的金屬，如Mg、Na等。

①鋁熱反應(yīng)是指金屬鋁與某些金屬氧化物的混合物在高溫條件下發(fā)生置換反應(yīng)，生成氧化鋁和

金屬單質(zhì)的過程。

實質(zhì)是用較活潑的還原劑鋁，把活潑性相對較弱的金屬從其氧化物中還原出來。

②鋁熱反應(yīng)實驗中，鎂和KClCh的作用是為鋁熱反應(yīng)提供引發(fā)反應(yīng)所需的高溫，但該反應(yīng)屬放

熱反應(yīng)且放出大量的熱，能使生成的金屬熔化為液態(tài)。

鋁熱反應(yīng)可應(yīng)用于冶煉一些高熔點金屬，如鐵、鎰、鈕等。

二'工藝流程題的解決方略

1.解答化工工藝流程題的一般思路

(1)讀題干，找信息和目的。

找出題干中的“制備”或“提純”等關(guān)鍵詞，明確化工生產(chǎn)的原料、產(chǎn)品和雜質(zhì)。

(2)看問題，根據(jù)具體的問題，找出流程中需重點分析的步驟或環(huán)節(jié)，重點抓住物質(zhì)流向(進入與

流出)、操作方法等。

(3)局部隔離分析，分析加入什么物質(zhì)，得到什么物質(zhì)，發(fā)生什么反應(yīng)(或起到什么作用)。

(4)特別提醒：每題中基本上都有與流程無關(guān)的問題，可直接作答。

工藝流程圖：

2.常考化工術(shù)語

?？蓟ばg(shù)語

釋義

關(guān)鍵詞

將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末或?qū)⒁后w霧化，增大反應(yīng)物接觸面積，以

研磨、霧化

加快反應(yīng)(溶解)速率或使反應(yīng)更充分，增大原料的轉(zhuǎn)化率(或浸取率)

使固體在高溫下分解或改變結(jié)構(gòu)、使雜質(zhì)高溫氧化、分解等。如煨燒石灰

灼燒（煨燒）

石、高嶺土、硫鐵礦

向固體中加入適當(dāng)溶劑或溶液，使其中可溶性的物質(zhì)溶解，包括水溶、酸

浸取

溶、堿溶、醇溶等

酸浸在酸性溶液中使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去

過濾固體與液體的分離

滴定定量測定，可用于某種未知濃度物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度的測定

蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質(zhì)就會呈晶體

蒸發(fā)結(jié)晶

析出

蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)除去部分溶劑，提高溶液的濃度

水洗用水洗去可溶性雜質(zhì)，類似的還有酸洗、醇洗等

酸作用溶解、除去氧化物（膜）、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質(zhì)離子等

堿作用除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁，調(diào)節(jié)pH、促進水解（形成沉淀等）

3.?？紬l件控制

（1）控制溶液的pH

①調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀析出（或抑制水解）。

②加入酸或調(diào)節(jié)溶液至酸性還可除去氧化物（膜）。

③加入堿或調(diào)節(jié)溶液至堿性還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁等。

④特定的氧化還原反應(yīng)需要的酸性條件（或堿性條件）。

（2）控制溫度：主要從物質(zhì)性質(zhì)（熱穩(wěn)定性、水解、氧化性或還原性、溶解度、熔沸點、揮發(fā)性、

膠體聚沉等）和反應(yīng)原理（反應(yīng)速率、平衡移動、催化劑活性、副反應(yīng)）兩個角度思考。

（3）控制壓強：改變速率，影響平衡。

（4）使用合適的催化劑：加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡所需要的時間。

（5）趁熱過濾：防止某物質(zhì)降溫時析出。

（6）洗滌：常見的洗滌方式有“水洗”和“乙醇洗”。“水洗”的目的是除去沉淀或晶體表面殘留的雜

質(zhì)，當(dāng)沉淀物的溶解度隨溫度升高而增大時一般可用冰水洗；"乙醇洗''既可以除去沉淀或晶體

表面殘留的雜質(zhì)，又可以降低晶體的溶解度，減少損失，還可以利用乙醇易揮發(fā)的性質(zhì)，加快

除去沉淀或晶體表面的水分。

(7)氧化：氧化劑的選擇要依據(jù)試題設(shè)置的情境，常見的氧化劑有氯氣、過氧化氫、氧氣和次氯

酸鈉等，為了避免引入新的雜質(zhì)，通常選擇的氧化劑有過氧化氫和氧氣。

卷潢典例剖析

例1下列有關(guān)金屬冶煉的說法中，不正確的是

A.在加熱情況下利用氫氣還原三氧化二鋁得到金屬鋁

B.用電解熔融氯化鎂的方法冶煉金屬鎂

C.用鋁熱法煉得熔點較高的金屬銘

D.直接加熱氧化汞得到金屬汞

【答案】A

【詳解】A.鋁屬于活潑金屬，利用電解熔融三氧化二鋁，可以得到金屬鋁，故A錯誤；

B.金屬鎂的活潑性較強，因此用電解熔融氯化鎂的方法冶煉金屬鎂，而不用電解熔融的氧化

鎂，因為氧化鎂熔點高，耗費能源較大，故B正確；

C.金屬路的熔點高，用鋁熱法制取熔點高的金屬，故C正確；

D.汞是不活潑金屬，因此直接加熱氧化汞得到金屬汞，故D正確。

綜上所述，答案為A。

例2由重晶石礦(主要成分是BaSO4,含SiO?等雜質(zhì))可制得氯化鋼晶體，在實驗室中某興趣

小組按下列流程制取氯化鋼晶體:

焦炭鹽酸

重晶石礦BaClrHQ

下列說法正確的是

A.“高溫焙燒”前將原料研磨處理，能加快“高溫焙燒”的反應(yīng)速率

B.“高溫焙燒”時Si。?可能被還原為Si

C.“浸取過濾”發(fā)生的主要反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)

D.“高溫焙燒”和“結(jié)晶”兩處操作均需用到蒸發(fā)皿

【答案】AB

【解析】由流程可知，焙燒時發(fā)生BaSO4+4C望4C0+BaS,加鹽酸時BaS與鹽酸反應(yīng)生成氯

化鋼和硫化氫，過濾分離出濾渣為SiCh,濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾分離出BaCb?2H2。,

以此來解答。

A.為提高原料的利用率，“高溫焙燒''前原料需經(jīng)研磨處理，可增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，

且可充分反應(yīng)，故A正確；

B.“高溫焙燒”時可能發(fā)生反應(yīng)SQ+2C竺2co+Si,SR可能被還原為Si，故B正確；

C.加鹽酸時BaS與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋼和硫化氫，無元素化合價變化，“浸取過濾”發(fā)生的主

要反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)，故C錯誤；

D.“高溫焙燒”需要培煙，“結(jié)晶”需要蒸發(fā)皿，故D錯誤；

故選：AB.

例3無水FeCL常作為有機反應(yīng)的催化劑。某研究小組設(shè)計了如圖流程，以廢鐵屑(含有少量

碳和SiCh雜質(zhì))為原料制備無水FeCh(s)o

0

已知：氯化亞碉(II)熔點-101'C,沸點76℃,易與水反應(yīng)生成一種強酸和一種酸性氧

ci—s—CI

化物。

(1)操作①是過濾，用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和一。

⑵操作①得到的固體為一O

(3)為避免引入新的雜質(zhì)，試劑B可以選用一(填編號)。

A.KMnCU溶液B.Cb水C.稀HNCh溶液D.H2O2溶液

(4)取少量D晶體，溶于濃鹽酸配成溶液，并滴加KSCN溶液，現(xiàn)象是一。

(5)反應(yīng)D-E的化學(xué)方程式為___.

(6)由D轉(zhuǎn)化成E的過程中可能產(chǎn)生少量亞鐵鹽，則還原劑可能是一，并設(shè)計實驗驗證是該還

原劑將Fe3+還原_。

【答案】⑴漏斗

(2)C和SiO2

(3)BD

(4)溶液變?yōu)榧t色

A不不

(5)FeC§?6也0+650。463+6502T+12HC1T

(6)S02先加鹽酸酸化，再加BaCL溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則是SO2將Fe3+還原

【解析】(1)過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗；

(2)C和SiCh不與鹽酸反應(yīng)，操作①得到的固體為C和SiO2；

(3)A(氯化亞鐵)加入氧化劑B生成C(氯化鐵)，B為氧化劑。A.用KMnOq溶液會引入鉀離子利

還原產(chǎn)物鐳離子，A不符題意；B.氯氣與氯化亞鐵反應(yīng)生成氯化鐵，不引入新的雜質(zhì)，B符合

題意；C.用稀硝酸發(fā)生3FeCh+4HNO3(稀)=2FeCb+2H2O+NOT+Fe(NO3)3,會引入硝酸根離了，

C不符題意；D.過氧化氫對應(yīng)還原產(chǎn)物為水，不引入新的雜質(zhì)，D符合題意；故選BD；

(4)D即氯化鐵晶體，其溶液含鐵離子，滴加KSCN溶液后，溶液變?yōu)榧t色；

0

(5)根據(jù)已知信息氯化亞颯(||)熔點-101℃,沸點76℃,易與水反應(yīng)生成一種強酸和

Cl—s—C1

一種酸性氧化物，推測強酸為HC1,酸性氧化物為SO2,可得FeCL6Hq與SOC12生成FeCb的

A不小

化學(xué)方程式為FeCl3-6H.O+6SOC1,=FeCl,+6SO2T+12HC1T；

(6)可能反應(yīng)中生成的二氧化硫?qū)⒙然F還原為氯化亞鐵，即還原劑可能為SO?；若二氧化硫作

還原劑，則氧化產(chǎn)物為硫酸根離子，只需檢驗反應(yīng)后是否含硫酸根離子即可，設(shè)計實驗為：先

加鹽酸酸化，再加BaCb溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則是S02將Fe3+還原。

曾精選習(xí)題

1.氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉。下列說法不正確的是

A.電解熔融NaCl制取金屬鈉的反應(yīng)中，鈉離子被還原，氯離子被氧化

B.濕法煉銅與火法煉銅的反應(yīng)中，銅元素都發(fā)生還原反應(yīng)

C.用磁鐵礦煉鐵的反應(yīng)中，1molFe3（）4被CO還原成Fe,轉(zhuǎn)移9mole

D.鋁熱法還,原鐵的反應(yīng)中，放出的熱量能使鐵熔化

2.下列金屬冶煉的反應(yīng)原理，母送的是

A通電

A.MgO+H2=Mg+H2OB.2NaCl（熔融）一2Na+Cl2T

高溫A

=

C.Fe,O4+4CO3FC+4COTD.2HgO^=2Hg+O2T

3.下列說法中不正確的是

A.金屬的冶煉原理，就是運用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下將金屬從其化合物中還原出

來

B.冶煉金屬時，必須加入一種物質(zhì)作還原劑

C.金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，一定是被還原

D.金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得越早，其活動性越弱

4.野外焊接鋼軌常用如圖所示裝置，鎂條引燃混合物后，反應(yīng)非常劇烈，火星四射，有熔融鐵

珠落入沙子中。下列敘述錯誤的是

A.該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)

B.有“熔融鐵珠”生成說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

C.該反應(yīng)的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為熱能

D.該反應(yīng)中斷鍵吸收的能量小于成鍵釋放的能量

5.下列關(guān)于物質(zhì)制備原理錯誤的是

電解

A.工業(yè)制備金屬鈉：2NaCl-2Na+Cl2T

高溫

B.工業(yè)生產(chǎn)鐵：Fe2O3+3CO=^=Fe+3CO2

C.濕法煉銅：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

D.以S為原料，工業(yè)生產(chǎn)硫酸在沸騰爐中的反應(yīng)：2S+3O2^^^2SO3

6.由粗SiO?(含少量Fe。、Al?。、雜質(zhì))制備純Si02的流程如圖所示，下列說法錯誤的是

|粗SOj足量Na?H溶液干因過量%2so4A國---警_

A.X中的主要成分的水溶液俗稱水玻璃

B.若在實驗室中完成步驟in,對固體加熱一般在堪煙中進行

c.步驟n中的稀硫酸可用co?代替

D.步驟II中的主要反應(yīng)是Na2SiO3+H2SO4=H2SiO,+Na,SO4

7.氧化鋁是工業(yè)上電解制鋁的原料，工業(yè)上用鋁土礦(主要成分ALO3,還含有FezCh,SiCh等)

為原料制取氧化鋁的流程如圖所示，下列說法錯誤的是

A.濾渣可用于煉鐵

B.濾液1中所含陰離子為0H、SiOf,[Al(0H)4]-

C.步驟①、②、③中均不涉及氧化還原反應(yīng)

D.步驟③中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：21Al(OH)4j+CO2=2Al(OH)31+CO+H2O

8.某新型納米材料氧缺位鐵酸鹽ZnFe2O,(3<x<4),能在常溫下將工業(yè)廢氣中的S。？、NO?等

轉(zhuǎn)化為單質(zhì)而除去，由鋅灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fez。,等)和Fe2(SOj為原料制備氧缺

位鐵酸鹽及其轉(zhuǎn)化廢氣流程如圖:

稀硫酸

鋅灰一＞畫一＞畫----|旃。4|加帽

i\

SO2、N02等

常溫

下列說法正確的是

A.浸取時，為了提高酸浸效率，可以延長浸取時間或?qū)⑾×蛩釗Q成濃硫酸

B.“除雜”過程中有加入足量鋅粉等操作，與鋅粉反應(yīng)的離子只有Pb2+和Cu?+

C.除去SO?時，ZnFeq,在反應(yīng)中表現(xiàn)了還原性

D.ZnFezOa與H2反應(yīng)制得1molZnFeQ、.時轉(zhuǎn)移電子(8-2x)mol

9.地球上的金屬礦物資源是有限的，應(yīng)合理開發(fā)利用。

(1)金屬冶煉的實質(zhì)是金屬離子被(填“氧化”或"還原”)生成金屬單質(zhì)。

⑵銅在自然界存在于多種礦石中，如：

礦石名稱黃銅礦輝銅礦孔雀石

主要成分CuFeS?Cu2sCU2（OH）2CO3

請回答下列問題：

①上表所列銅化合物中，推斷銅的質(zhì)量百分含量最高的是.

②CuFeS2其中Cu為+1價、Fe為+3價，高溫焙燒時發(fā)生的反應(yīng)是CuFeSz+。2呈府i溫典LSO2+FeS

+Cu,焙燒過程中被還原的元素有o

③工業(yè)上以黃銅礦為原料，采用火法熔煉工藝生產(chǎn)銅，火法煉銅的反應(yīng)為：CU2s+02呈典

2CU+SO2,該反應(yīng)中氧化劑是o

④CU2(OH)2c03與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為。

1().除金、鉗等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬元素以化合物形式存在于自然界中，將金屬元素

從其化合物中還原出來的工業(yè)工程稱為金屬的冶煉。下列材料描述了部分常見金屬的冶煉方法。

①工業(yè)上冶煉鎂的方法有兩種，電解法和皮江法。電解法是電解熔融的氯化鎂；皮江法是硅在

高溫下還原氧化鎂。

②霍爾-埃魯鋁電解法是以氧化鋁為原料、冰晶石(Na3AlF6)為熔劑組成的電解質(zhì)，在950~970℃

的條件下通過電解的方法使電解質(zhì)熔體中的氧化鋁分解為鋁和氧氣。

③冶煉鏡一般用鋁熱法，即在高溫下用鋁還原二氧化鋅。

④相關(guān)各物質(zhì)熔點見下表：

物質(zhì)AI2O3A1C13MgOMgCl2AlMnMg

熔點/℃230319028007126601244649

I.根據(jù)上述信息回答下列問題：

⑴冶煉鎂時電解熔融MgCb而不電解熔融MgO,冶煉鋁時電解熔融AI2O3而不電解熔融AlCh

的原因是.

(2)寫出鋁熱法冶煉鋅的化學(xué)方程式,一般使用鋁熱法冶煉的金屬具有

哪些性質(zhì)o

(3)將鋁和鎂作電極分別插入稀硫酸、氫氧化鈉溶液中，鎂、鋁分別作極、極；寫

出介質(zhì)是稀硫酸溶液時的正極電極反應(yīng)式：。

II.下面是皮江法冶煉鎂的工業(yè)流程示意圖：

白云石[CaMg(CO3)2]硅鐵(含Si約90%)

，(體a爐渣(主要含CaSiO3)粗篌錠

(1)氣體a是-

⑵還原爐需控制溫度為1200C左右，并抽空氣到近似真空。還原爐中發(fā)生的主要反應(yīng)有

(3)還原爐中抽空氣到近似真空的原因是。

11.含鉆催化劑廢料(含F(xiàn)e3O4、CO2O3、AI2O3、CaO及SiCh為原料制取C03CU的一種工藝流程

如圖：

NaClO,Na2cO3溶液

稀硫酸

「麒^庭|f201co3歡0(0叫國0

含鉆催③|@［鹽酸

化廢料

除濾渣1濾渣2:

①②

1(9小

CO3O4<灼燒<—COC2O4

⑤

回答下列問題:

(1)步驟①中將廢料磨碎的目的是一。

(2)步驟②經(jīng)溶解后過濾，濾渣1的主要成分為一(填化學(xué)式)，濾液中含有一種陽離子。

(3)步驟③氧化將Fe2+全部轉(zhuǎn)化為Fe3+,反應(yīng)的離子方程式為一。

(4)步驟⑤灼燒過程中用到的主要儀器為___,濾渣2中含有Na2Fe6(SO4)4(OH)x,則x=____。

12.以黃鐵礦(主要成分FeS.為原料生產(chǎn)硫酸，應(yīng)將產(chǎn)出的爐渣和尾氣進行資源化綜合利用,

減輕對環(huán)境的污染。其中一種流程如下圖所示。

LFezCM爐渣)-還原鐵粉—?測定純度

黃鐵礦迤星

一制酸燒堿.…pc加熱.、，°八

」SO2-------尾氣①ANaHSO3----*Na2s2。5

回答下列問題：

(1)由爐渣制備還原鐵粉的化學(xué)方程式為o

⑵欲得到更純的NaHSO,,反應(yīng)①應(yīng)通入(填“過量”或“不足量”)的so2氣體。

(3)因為Na2s2O5具有性，導(dǎo)致商品Na2s/)5中不可避免地存在Na^SO”檢驗其中

含有SO：的方法是

(4)一般用KzCr?。,滴定分析法測定還原鐵粉純度。實驗步驟：稱取一定量樣品，用過量稀硫酸

溶解，用標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定其中的Fe"。

2++

反應(yīng)式：50；+6Fe+14H=2c產(chǎn)+6Fe"+7H2O

某次實驗稱取0.2800g樣品，滴定時消耗濃度為0.03000molLT的降。?。,溶液