Question

20．除金、铂等极少数金属外，绝大多数金属元素以化合物形式存在于自然界中，将金属元素从其化合物中还原出来的工业工程称为金属的冶炼．下列材料描述了一些常见金属的冶炼方法．
①工业上冶炼镁的方法有两种，电解法和皮江法．电解法是电解熔融的氯化镁；皮江法是硅在高温下还原氧化镁．
②霍尔-埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石（Na₃AlF₆）为熔剂组成的电解质，在950-970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧气．
③湿法炼铜是工业上常用的一种炼铜的方法．使用铁和硫酸铜溶液反应．
④工业上冶炼银的方法是加热条件下让氧化银分解．
⑤冶炼锰一般用铝热法，即在高温下用铝还原二氧化锰．
⑥相关各物质熔点见如表

物质	Al2O3	AlCl3	MgO	MgCl2	Al	Mn	Mg
熔点/℃	2303	190	2800	712	660	1244	649

Ⅰ根据上述信息回答下列问题：
（1）影响金属冶炼方法的首要因素是金属的活泼性．
（2）冶炼镁时电解熔融MgCl₂而不电解熔融MgO，冶炼铝时电解熔融Al₂O₃而不电解熔融AlCl₃的原因是MgO的熔点比MgCl₂的熔点高，MgO熔融时耗费更多能源，增加成本；AlCl₃属于共价化合物，熔融状态下不导电，故不能电解AlCl₃．
（3）写出铝热法冶炼锰的化学方程式4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn，一般使用铝热法冶炼的金属具有哪些性质熔点高且比铝不活泼的金属．
Ⅱ如面是皮江法冶炼镁的工业流程示意图

（1）气体a是CO₂．
（2）白云石煅烧前粉碎的目的是增大固体表面积，提高反应速率．
（3）还原炉需控制温度为1200℃左右，并抽空气到近似真空，还原炉中发生的主要反应有2MgO+Si$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Mg↑+SiO₂、SiO₂+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃．
（4）还原炉中抽空气到近似真空的原因是防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程．金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法．
金属冶炼的方法主要有：
热分解法：对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来（Hg及后边金属）；
热还原法：在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H₂、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来（Zn～Cu）；
合电解法：活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属（K～Al）；
（2）氧化镁熔点比氯化镁熔点高，熔融离子晶体要消耗能源；氯化铝是共价化合物，熔融状态下不导电；
（3）铝热法冶炼锰是铝和二氧化锰高温反应生成锰和氧化铝；使用铝热法冶炼的金属需要满足金属熔点高于铝，金属活泼性小于铝；
Ⅱ．白云石回转炉中粉碎后煅烧得到气体a为二氧化碳，固体为钙、镁的氧化物，粉碎加入硅铁粉磨，压制成球，进入还原炉发生反应，硅还原氧化镁生成的二氧化硅和氧化钙反应生成硅酸钙炉渣，冷凝得到粗镁锭，
（1）分析可知气体a为二氧化碳；
（2）白云石煅烧前粉碎的目的是，加快反应速率；
（3）还原炉中发生的主要反应有硅还原氧化镁生成镁和二氧化硅，二氧化硅和氧化钙形成炉渣硅酸钙；
（4）还原炉中抽空气到近似真空是防止生成的金属镁被空气中氧气氧化；

解答 解：Ⅰ．（1）金属冶炼是工业增大接触面积，加快反应上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程．金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法，影响金属冶炼方法的首要因素是金属的活泼性，故答案为：金属的活泼性；
（2）氧化镁熔点比氯化镁熔点高，熔融离子晶体要消耗能源，从而增加成本，为减少成本，所以用熔融氯化镁冶炼镁，氯化铝是共价化合物，熔融状态下不导电，以分子存在，所以冶炼铝用熔融氧化铝，
故答案为：MgO的熔点比MgCl₂的熔点高，MgO熔融时耗费更多能源，增加成本；AlCl₃属于共价化合物，熔融状态下不导电，故不能电解AlCl₃；（3）铝热法冶炼锰的化学方程式：4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn，一般使用铝热法冶炼的金属具有的性质为：熔点高且比铝不活泼的金属，
故答案为：4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn；熔点高且比铝不活泼的金属；
Ⅱ．（1）白云石煅烧分解生成氧化钙、氧化镁和二氧化碳，气体为二氧化碳，
故答案为：CO₂；
（2）白云石煅烧前粉碎的目的是增大固体表面积，提高反应速率，
故答案为：增大固体表面积，提高反应速率；
（3）还原炉需控制温度为1200℃左右，并抽空气到近似真空，还原炉中发生的主要反应有硅还原氧化镁生成镁和二氧化硅，二氧化硅和氧化钙形成炉渣硅酸钙，反应的化学方程式为：2MgO+Si$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Mg↑+SiO₂；SiO₂+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃，
故答案为：2MgO+Si$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Mg↑+SiO₂；SiO₂+CaO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaSiO₃；
（4）还原炉中抽空气到近似真空的原因是防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化，
故答案为：防止已还原的Mg在高温条件下再次被氧化．

点评 本题考查了金属冶炼的方法、原理和注意问题，主要是铝热反应、热还原方法制备金属，化学方程式书写，掌握基础是解题关键，题目难度中等．