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金属矿物的开发利用
【学习目标】
1、了解金属冶炼的化学反应原理和基本方法;
2、了解金属回收与资源的保护方法。
【要点梳理】
要点一、金属的冶炼方法
由于大多数金属的化学性质活泼,在自然界中主要以化合态形式存在(金、铂等少数金属例外),所以使用的金属大多数是人工制得的。金属冶炼的实质就是利用氧化还原反应使金属化合物中的金属元素得到电子被还原为金属单质:Mn++ne-?M。因不同金属的阳离子得电子的能力不同,故不同金属采取不同的冶炼方法。
1、热分解法。有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中,位于氢后面的金属的氧化物受热就能分解。例如:
2HgO2Hg+O2↑
2Ag2O4Ag+O2↑
2、热还原法。多数金属的冶炼采用热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。例如:
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
WO3+3H2W+3H2O
ZnO+CZn+CO↑
MgO+CMg(g)+CO(g)
Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3
3、电解法。在金属活动性顺序表中,钾、钙、钠、镁、铝等几种金属的还原性很强,这些金属都很容易失去电子,因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来,而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。例如:
?2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼,例如:
2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
不同金属冶炼方法的选择
4、湿法。在工业上还有一种冶金方法叫做湿法冶金,也称为水法冶金。它是利用在溶液中发生的化学反应(如置换反应),对金属进行提取和分离的冶金过程。例如:
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
要点二、铝热反应
炼铁通常用热还原法。工业上采用的高炉炼铁和铝热法炼铁都属于热还原法。
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(高炉炼铁)
Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3(铝热法炼铁)
Fe2O3与Al的反应叫做“铝热反应”,Fe2O3和Al的混合物叫做“铝热剂”。与Fe2O3性质相似的FeO、Fe3O4、CuO、TiO2(二氧化钛)、V2O5(五氧化二钒)、Cr2O3(三氧化二铬)、MnO2、Co3O4(四氧化三钴)、WO3(三氧化钨)等氧化物,也都能与金属铝在高温下发生氧化还原反应,生成Al2O3和新的金属单质,放出大量的热,这样的反应都属于铝热反应。
3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3
3CuO+2Al3Cu+Al2O3
3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3
3V2O5+10Al6V+5Al2O3
3Co3O4+8Al9Co+4Al2O3
3TiO2+4Al3Ti+2Al2O3
Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3
铝热反应一般有两个方面的重要应用:一是冶炼高熔点的金属;二是焊接金属,如用Fe2O3和Al的混合物做焊药(铝热剂)焊接铁路钢轨等。
要点诠释:铝热反应是指铝热剂在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应,其中镁条为引燃物质,氯酸钾为助燃物质。
(1)原理:Al是还原剂,另一种氧化物是氧化剂,是铝将氧化物中的金属置换出来的反应。
(2)铝热反应的实质是铝将氧化物中的化合态金属还原为金属单质。
(3)反应特点是在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。
(4)铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物组成的混合物。
(5)应用:冶炼难熔金属,如V、Cr、Mn等;焊接钢轨等。
要点三、废旧金属的回收
地球上的金属矿产资源是有限的,而且是不能再生的,随着人们的不断开发利用,矿产资源将会日渐减少。废旧金属是一种固体废弃物,会污染环境,把废旧金属作为一种资源,加以回收利用。这样做,既减少了垃圾量、防止污染环境,又缓解了资源短缺的问题。
回收的废旧金属,大部分可以重新制成金属或它们的化合物再利用。例如:废旧钢铁可以用于炼钢,利用1t废钢炼钢,大约可节约矿石2t、焦炭1t、石灰石0.5t。回收一个铝质饮料罐比制造一个新的铝质饮料罐节约能源约95%。废铁屑等可以用于制铁盐,从电解精炼钢的阳极泥中,可回收金、银等贵重金属,从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中,可以提取金属银。
【典型例题】
类型一:金属的冶炼
例1.下列说法中不正确的是()
A.金属的冶炼原理就是利用氧化还原反应原理,在一定条件下将金属从其化合物中还原出来
B.冶炼金属时,必须加入一种物质作为还原剂
C.金属由化合态变为游离态,都是被还原
D.金属单质被发现和应用得早,其活动性一般较弱
【思路点拨】本题考查金属的
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