金属单质的性质和冶炼

1．金属冶炼的原理

金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属阳离子得到电子，生成金属的单质．

在自然界中，以游离态存在的金属较少，只有一些化学性质不活泼的金属，如金、铂等．而化学性质比较活泼的金属，总以化合态存在于自然界中．

2．冶炼金属的方法

由于金属的化学活动性不同，金属离子得电子还原成金属单质的能力也不相同，因此就要采用不同的冶炼方法．常见的冶炼方法有：

（1）热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属，如汞与银．

（2）热还原法：适用于金属活动性介于镁—铜之间的大多数金属的冶炼．是用还原剂（如碳、一氧化碳、氢气、铝等）还原金属氧化物．

如：

（3）电解法：适用于冶炼活动性很强的金属，如镁、铝等．一般在金属活动性顺序中排在铝前面的金属．由于这些金属很容易失去电子，所以他们的阳离子很稳定，一般的还原剂无法将他们还原出来，所以要外加电子，即通电分解它们的熔融盐或氧化物的方法来制得．有时一些不太活泼的金属，如铜、银等，也可以用电解它们的盐溶液的方法制得．

如：

3．从金属矿石中提炼金属的步骤

第一步：富集矿石，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量．

第二步：冶炼．利用氧化还原反应原理．在一定的条件下，用还原剂把金属离子还原成金属单质．

第三步：精炼．采用一定的方法，提炼纯金属．

4．金属的回收和资源保护

地球上的金属矿产资源是有限的，且不能再生．废金属弃之不用，不仅会污染环境，而且是资源的极大浪费．

（1）废旧金属的最好处理方法是作为一种资源，回收利用．

（2）回收利用的好处在于：

减少垃圾量，保护环境，减少污染：缓解自然界中资源短缺的矛盾．

例如：（1）从电解精炼铜的阳极泥中，回收金、银等贵金属

（2）从定影液中回收金属银

（3）废铁屑可以制取绿矾

5．部分金属的主要化学性质

金属活动性顺序表K Ca Na

Mg Al Zn Fe

Sn Pb

（H）Cu Hg Ag Pt Au

金属原子失

去电子的能

力（还原性）

强→弱

金属阳离子

得电子的能

力（氧化性）

弱→强

与氧气化合常温下易被

氧化

常温下缓慢

被氧化

加热被氧化不能

置换水中氢常温下能置

换

加热时能置

换

不能置换

不能

置换

置换酸中氢能置换不能置换

与盐溶液反

先与水反应前面的金属置换出后面的金属应

自然界中存

化合态化合态和游离态游离态在

冶炼方法电解法热还原法加热法富集

难点突破

1．铝的冶炼

原料：氧化铝，冰晶石

原理：电解熔融的氧化铝

主要设备：铝电解槽，以碳作为电极材料

冰晶石的作用：助熔剂，降低氧化铝的熔点

2．生铁的冶炼

原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石（造渣剂，除去矿石中的脉石）原理：在高温下，利用还原剂——氧化碳将从铁矿石中还原出来

主要设备：高炉

主要反应过程：

（1）还原剂的生成：

（2）生铁的生成：高温下，铁和碳及其他的金属、非金属元素形成合金即生铁．

（3）炉渣的形成：

高熔点的二氧化硅变成熔点较低的硅酸钙等熔化后形成炉渣除去．

3．钢和冶炼

原料：生铁、空气（纯氧气）、生石灰、脱氧剂（硅铁、锰铁等）

原理：在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其他的杂质氧化成气体或炉渣除去，同时调整合金元素至规定的范围内．

设备：氧气顶吹转炉

【难题巧解点拨】

例1 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气（或氢气或一氧化碳）法；③活泼金属置换法；④电解法．四种方法在工业上均有应用．古代有（Ⅰ）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是（）

A．（Ⅰ）用① B．（Ⅱ）用②

C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④

解析：本题考察知识点是活动性不同的金属的冶炼方法．对于（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应分别是

（Ⅰ）：

，符合①

（Ⅱ）：，符合③

（Ⅲ）：，符合③

（Ⅳ）：先从光卤石中提取，再电解

，符合④

答案：B

点悟：本题的关键点是要熟悉一些金属的冶炼方法，如湿法炼铜等．选择金属的冶炼方法与金属在自然界的存在形态，与金属的活动性有关．

例2 随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题提到议事日程，其首要原因是（）

A．利用电池外壳的金属材料

B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品

D．回收其中石墨电极

解析：本题考察的知识点是金属的回收和资源的保护．回收废电池的首要原因是防止废电池中渗漏的重金属离子对土壤与水资源产生污染，而对废电池的综合利用是第二位的．

答案：B

点悟：解答本题的关键点是要对社会生活中的一些热点问题，例如环境保护的知识要有所了解．从保护环境的角度来思考问题．

【拓展延伸探究】

例1 用黄铜矿炼铜按照反应物和生成物可以将总反应写成：

事实上冶炼过程是分成几步进行的：①黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铜和硫化亚铁；②硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁，并与二氧化硅反应生成矿渣；

③硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜；④硫化亚铜和氧化亚铜反应生成铜．

（1）写出上述各个步骤的反应的化学方程式．

（2）写出总反应化学方程式的系数．

（3）据最新报道，有一种叫Thibacillusferroxidans的细菌在氧气存在的条件下就可以将黄铜矿氧化成硫酸盐，反应是在酸性溶液中进行的，试写出化学方程式．

解析：本题考察的知识点是根据题目中的内容，结合所学的金属的冶炼方法，考查学生书写化学方程式的灵活性和技巧性．这是一道知识拓展型的题目．根据题目给出的用黄铜矿冶炼铜的总的反应方程式，以及冶炼过程分成四步进行的每

一步的反应原理，并联系运用了的燃烧反应，不难写出每一步的化学方程式．题目中所给的细菌只是起到催化剂的作用，生成物中的硫酸盐只能是硫酸铜与硫酸铁，所以酸性溶液就只能是硫酸溶液．