徐春燕

一、金屬礦物資源的存在形式

我國金屬礦產(chǎn)資源品種齊、儲量多，分布廣。由于礦物資源的產(chǎn)地與形成的原因不同，導(dǎo)致各種礦產(chǎn)的資源豐度也不盡相同。有的資源比較豐富，如釩、鈦、稀土、鉛、鋅、銅、鐵、鎢、鉬、錫、銻、汞等；有的則明顯不足，如鉻礦。除金、鉑等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界中。由于金屬元素都顯正化合價，所以將金屬化合物中的金屬陽離子變?yōu)閱钨|(zhì)的過程即所謂金屬的冶煉。

二、金屬的通性

1.物理通性

都有金屬光澤、都具有延展性，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。常溫下，大多數(shù)是固體，唯一的液態(tài)金屬是汞。對于鐵、錳、鉻的單質(zhì)或合金因為其表面常常生銹，蓋著一層黑色的四氧化三鐵與棕褐色的三氧化二鐵的混合物等物質(zhì)，因此，常常稱其為“黑色金屬”；對于銅、金、銀等則稱為有色金屬。

2.化學(xué)通性

金屬最外層電子數(shù)偏少，只能失去電子，故此，可以與非金屬（氧氣 氯氣 硫 碘 水）、酸、鹽等反應(yīng)。金屬只有正價，沒有負價，也就只具有還原性。

注意：（1）在金屬中K 、Ca、 Na 比較特殊，只有它們能與水劇烈反應(yīng)，鎂與水加熱條件下反應(yīng)，鋁與沸水緩慢反應(yīng)，另外它們與鹽的反應(yīng)也與其它金屬不同，它們不能置換出其他金屬，而是先與水反應(yīng)，生成的產(chǎn)物再與鹽溶液反應(yīng)。

（2）氫以后的金屬不能與無氧化性的酸反應(yīng)，比如鹽酸，稀硫酸。如果與氧化性酸反應(yīng)則不生成氫氣。如與硝酸反應(yīng)生成NO或NO2。（濃度不同產(chǎn)物不同）

（3）鐵與銅是變價金屬，它們與弱氧化劑硫、碘的反應(yīng)，生成低價金屬化合物，與強氧化性的氯氣反應(yīng)，生成高價的金屬化合物。

（4）金屬不與堿反應(yīng)，但要注意鋁能與堿反應(yīng)生成氫氣。

三、金屬的防腐

金屬防腐就是防止其氧化，方法很多。根據(jù)原理不同有以下幾種方法。

1.物理方法

涂漆、抹油等隔絕氧氣。

2.化學(xué)方法

（1）制成合金。如鉻不銹鋼。含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個膜隔離開與鋼內(nèi)侵入的氧氣，從而起到防腐蝕的作用。

（2）陰極保護法。有犧牲陽極的陰極保護法，即外接活潑的金屬；還有外接電源的負極的陰極保護法。

四、金屬活動性順序表

金屬活動順序，就是指金屬參加反應(yīng)的劇烈程度，它代表了金屬的失去電子的強弱。

在金屬活動順序表中，一般位置越后的金屬，金屬性越弱，原子的還原性越弱；位置越前的金屬，金屬性越強，原子的還原性越強。不過，這個順序只表示在溶液中體現(xiàn)性質(zhì)的大體順序，脫離溶液，就不符合了。如

K的活潑性強于Na，但Na在高溫熔融下，可以置換出K。

Na+KCl高溫K+NaCl↑

五、常見金屬冶煉的方法

根據(jù)金屬活潑性的不同而采用不同的冶煉方法。

1.熱分解法

適合不活潑的金屬。如Hg的冶煉，采取熱分解HgO的方法。

2.熱還原法

大部分金屬采用此法。金屬在常見金屬活動性順序表中居于中部區(qū)域。但所用還原劑則根據(jù)成本、原料的來源有所不同。常見的還原劑有CO、C、H2、Al等。其中純度要求不高的金屬一般用較廉價的焦炭或CO還原，純度要求高的一般用H2還原，而對于一些難熔的稀有金屬一般需要用鋁還原，該類反應(yīng)又叫做鋁熱反應(yīng)。

3.電解法

對于Na、Mg、Al等極其活潑的金屬采用電解法。但由于它們的化合物熔點不同，為降低成本故而采用的原料及附加試劑不同。Na、Mg采用電解其熔融的氯化物而鋁則采用電解Al2O3且加入冰晶石。

4.濕法冶金

西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅，即曾青（CuSO4）跟鐵反應(yīng)就生成銅。濕法冶金是我國世界首創(chuàng)的金屬冶煉方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展如今已經(jīng)不再輝煌。

例（2016年海南改編）KAl（SO4）2·12H2O（明礬）是一種復(fù)鹽，在造紙等方面應(yīng)用廣泛。實驗室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質(zhì)）制備明礬的過程如圖1所示?；卮鹣铝袉栴}：

（1）為盡量少引入雜質(zhì)，試劑①應(yīng)選用（填標號）。

a. HCl溶液b.H2SO4溶液

c.氨水d. NaOH溶液

（2）易拉罐溶解過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（3）工業(yè)冶煉金屬鎂的化學(xué)方程式為。

（4）寫出鋁和Cr2O3發(fā)生鋁熱反應(yīng)的方程式。

解析（1）廢易拉罐的成分主要是Al、Fe、Mg等活潑的金屬，都可以與酸反應(yīng)，但只有Al可以與NaOH溶液反應(yīng)。因此，選d。

（2）2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑

（3）鎂是活潑金屬，工業(yè)采用電解熔融MgCl2的方法。

MgCl2（熔融）通電Mg+Cl2↑

（4）2Al+Cr2O3高溫Al2O3+2Cr

答案：見解析。

例 冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法；②水煤氣（氫氣或一氧化碳）法；③活潑金屬置換法；④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有（Ⅰ）火燒孔雀石煉銅；（Ⅱ）濕法煉銅；現(xiàn)代有（Ⅲ）鋁熱法煉鉻；（Ⅳ）從光鹵石（KCl·MgCl2·6H2O）中煉鎂。對它們的冶煉方法的分析不正確的是（）。

A.（Ⅰ）用①B.（Ⅱ）用②

C.（Ⅲ）用③D.（Ⅳ）用④

解析（Ⅰ）孔雀石的主要成分是

Cu2（OH）2CO3，加熱分解的化學(xué)方程式為

Cu2（OH）2CO3

△2CuO+H2O+CO2↑

火燒時，使用的樹木變?yōu)槟咎浚珻uO再與木炭反應(yīng)，產(chǎn)生銅，屬于焦炭法，符合①。

C+2CuO△2Cu+CO2↑

（Ⅱ）濕法煉銅是我國西漢時期用鐵從某些含銅化合物的溶液中置換出銅，屬活潑金屬置換法，符合③

Fe+CuSO4FeSO4+Cu

（Ⅲ）是使鋁粉和Cr2O3的混合物在高溫下反應(yīng)，置換出鉻，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使鉻熔化而分離，符合③。

2Al+Cr2O3高溫Al2O3+2Cr

（Ⅳ）從光鹵石（KCl·MgCl2·6H2O）中可制得無水氯化鎂，然后采用通電分解熔融氯化鎂的方法制取鎂，化學(xué)方程式為

MgCl2（熔融）通電Mg+Cl2↑

符合④。

答案： B

六、學(xué)習障礙釋疑

1.電解冶煉鎂、鋁通常用電解MgCl2和Al2O3，但不可電解MgO和AlCl3。原因是MgO的熔點太高，而熔融態(tài)AlCl3不存在Al3+。

2.金屬礦物資源開采后、冶煉前，必須進行原料的預(yù)處理。方法有：粉碎、酸浸、堿浸等。預(yù)處理后，還要進行雜質(zhì)的除去，方法有氧化、調(diào)節(jié)PH等等。一般不直接用來冶煉。

3.鋁熱劑指的是鋁粉和金屬氧化物（如Fe2O3等）組成的混合物。此外，還可以是Al和

Cr2O3、V2O5等的混合物。需要注意，Al的活潑性一定要比氧化物中的金屬活潑性強。

（收稿日期：2016-10-18）