Question

20．除金、鉑等極少數(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．下列材料描述了一些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濕法煉銅是工業(yè)上常用的一種煉銅的方法．使用鐵和硫酸銅溶液反應(yīng)．
④工業(yè)上冶煉銀的方法是加熱條件下讓氧化銀分解．
⑤冶煉錳一般用鋁熱法，即在高溫下用鋁還原二氧化錳．
⑥相關(guān)各物質(zhì)熔點見如表

物質(zhì)	Al2O3	AlCl3	MgO	MgCl2	Al	Mn	Mg
熔點/℃	2303	190	2800	712	660	1244	649

Ⅰ根據(jù)上述信息回答下列問題：
（1）影響金屬冶煉方法的首要因素是金屬的活潑性．
（2）冶煉鎂時電解熔融MgCl₂而不電解熔融MgO，冶煉鋁時電解熔融Al₂O₃而不電解熔融AlCl₃的原因是MgO的熔點比MgCl₂的熔點高，MgO熔融時耗費更多能源，增加成本；AlCl₃屬于共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，故不能電解AlCl₃．
（3）寫出鋁熱法冶煉錳的化學(xué)方程式4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn，一般使用鋁熱法冶煉的金屬具有哪些性質(zhì)熔點高且比鋁不活潑的金屬．
Ⅱ如面是皮江法冶煉鎂的工業(yè)流程示意圖

（1）氣體a是CO₂．
（2）白云石煅燒前粉碎的目的是增大固體表面積，提高反應(yīng)速率．
（3）還原爐需控制溫度為1200℃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2MgO+Si$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mg↑+SiO₂、SiO₂+CaO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃．
（4）還原爐中抽空氣到近似真空的原因是防止已還原的Mg在高溫條件下再次被氧化．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）金屬冶煉是工業(yè)上將金屬從含有金屬元素的礦石中還原出來的生產(chǎn)過程．金屬的活動性不同，可以采用不同的冶煉方法．
金屬冶煉的方法主要有：
熱分解法：對于不活潑金屬，可以直接用加熱分解的方法將金屬從其化合物中還原出來（Hg及后邊金屬）；
熱還原法：在金屬活動性順序表中處于中間位置的金屬，通常是用還原劑（C、CO、H₂、活潑金屬等）將金屬從其化合物中還原出來（Zn～Cu）；
合電解法：活潑金屬較難用還原劑還原，通常采用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬（K～Al）；
（2）氧化鎂熔點比氯化鎂熔點高，熔融離子晶體要消耗能源；氯化鋁是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電；
（3）鋁熱法冶煉錳是鋁和二氧化錳高溫反應(yīng)生成錳和氧化鋁；使用鋁熱法冶煉的金屬需要滿足金屬熔點高于鋁，金屬活潑性小于鋁；
Ⅱ．白云石回轉(zhuǎn)爐中粉碎后煅燒得到氣體a為二氧化碳，固體為鈣、鎂的氧化物，粉碎加入硅鐵粉磨，壓制成球，進(jìn)入還原爐發(fā)生反應(yīng)，硅還原氧化鎂生成的二氧化硅和氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鈣爐渣，冷凝得到粗鎂錠，
（1）分析可知氣體a為二氧化碳；
（2）白云石煅燒前粉碎的目的是，加快反應(yīng)速率；
（3）還原爐中發(fā)生的主要反應(yīng)有硅還原氧化鎂生成鎂和二氧化硅，二氧化硅和氧化鈣形成爐渣硅酸鈣；
（4）還原爐中抽空氣到近似真空是防止生成的金屬鎂被空氣中氧氣氧化；

解答 解：Ⅰ．（1）金屬冶煉是工業(yè)增大接觸面積，加快反應(yīng)上將金屬從含有金屬元素的礦石中還原出來的生產(chǎn)過程．金屬的活動性不同，可以采用不同的冶煉方法，影響金屬冶煉方法的首要因素是金屬的活潑性，故答案為：金屬的活潑性；
（2）氧化鎂熔點比氯化鎂熔點高，熔融離子晶體要消耗能源，從而增加成本，為減少成本，所以用熔融氯化鎂冶煉鎂，氯化鋁是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，以分子存在，所以冶煉鋁用熔融氧化鋁，
故答案為：MgO的熔點比MgCl₂的熔點高，MgO熔融時耗費更多能源，增加成本；AlCl₃屬于共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，故不能電解AlCl₃；（3）鋁熱法冶煉錳的化學(xué)方程式：4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn，一般使用鋁熱法冶煉的金屬具有的性質(zhì)為：熔點高且比鋁不活潑的金屬，
故答案為：4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn；熔點高且比鋁不活潑的金屬；
Ⅱ．（1）白云石煅燒分解生成氧化鈣、氧化鎂和二氧化碳，氣體為二氧化碳，
故答案為：CO₂；
（2）白云石煅燒前粉碎的目的是增大固體表面積，提高反應(yīng)速率，
故答案為：增大固體表面積，提高反應(yīng)速率；
（3）還原爐需控制溫度為1200℃左右，并抽空氣到近似真空，還原爐中發(fā)生的主要反應(yīng)有硅還原氧化鎂生成鎂和二氧化硅，二氧化硅和氧化鈣形成爐渣硅酸鈣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2MgO+Si$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mg↑+SiO₂；SiO₂+CaO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃，
故答案為：2MgO+Si$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mg↑+SiO₂；SiO₂+CaO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃；
（4）還原爐中抽空氣到近似真空的原因是防止已還原的Mg在高溫條件下再次被氧化，
故答案為：防止已還原的Mg在高溫條件下再次被氧化．

點評 本題考查了金屬冶煉的方法、原理和注意問題，主要是鋁熱反應(yīng)、熱還原方法制備金屬，化學(xué)方程式書寫，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．