1、第1课时金属矿物的开发利用学习目标核心素养建构1.了解金属在自然界中的存在形式。2掌握金属的冶炼方法。3掌握铝热反应原理及实验。4了解金属回收和资源保护的意义，认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。知 识 梳 理一、金属的冶炼1金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。2金属冶炼的原理金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程：Mnne=M。3冶炼方法【自主思考】工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融
2、MgO制取镁呢？(MgO的熔点：2 852 ，MgCl2的熔点：714 )提示由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。二、金属矿物的开发利用1合理开发利用金属资源金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。2有效利用金属资源的途径(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量。(2)加强金属资源的回收和再利用。(3)使用其他材料代替金属材料。效 果 自 测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)黄金的冶炼可用热分解法()
3、(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质()(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg()答案(1)(2)(3)2下列有关金属的工业制法中，正确的是()A制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液B制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁C制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁D制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝解析电解法制取金属钠时，需要电解熔融的NaCl，而不是其溶液，A项错误；镁的还原性很强，不能用热还原法来制取，而应用电解熔融氯化镁的方法，C项错误；熔融的氯化铝不导电，故不能电解其熔融物制取金属铝，而应电解熔融的氧化铝，D项错误。
4、答案B 探究一、金属的活泼性与冶炼方法【合作交流】1人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？提示金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。2从自然界中获得金属单质，是否都必须发生氧化还原反应？提示否。有些金属单质化学性质稳定，如金、铂等，在自然界中主要以游离态形式存在，获得这些金属就不需要发生氧化还原反应，用富集的方法就可以，如淘金。3在金属中，铝元素在地壳中的含量居第一位，为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多
5、？提示金属的发现和使用与金属的活动性密切相关，金属活动性越强，其相应的金属阳离子得电子的能力越弱，冶炼难度越大。铝是一种活动性较强的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段电解法进行冶炼，而铜和铁用一般的还原剂就可以达到目的，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。【点拨提升】1金属的冶炼原理金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：Mnne=M。2金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au金属原子失电子能力强弱金属离子得电子能力弱强主要冶炼方法电解
6、法热还原法热分解法物理方法3.常用的热还原法【典题例证1】金属材料在日常生活、生产中有着广泛的运用，下列关于金属的说法不正确的是()A越活泼的金属越难冶炼B合金的性质与其成分金属的性质不完全相同C金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的解析金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子，因此金属越活泼，对应金属阳离子氧化性越弱，则金属越难冶炼，A、C正确；合金要比各成分金属的熔、沸点低，硬度大，B正确；因AlCl3为共价化合物，其熔融态不导电，因此不能用电解AlCl3的方法来冶炼铝，而通常用电解熔融Al2O3的方法来冶炼铝。答案D【学
7、以致用1】冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法水煤气(或氢气，或一氧化碳)法活泼金属置换法电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有()火烧孔雀石炼铜；()湿法炼铜；现代有()铝热法炼铬；()从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A()用B()用C()用 D()用解析选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。()、()、()、()发生的反应分别是()：Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O，C2CuO2CuCO2，符合；()：FeCuSO4=FeSO4Cu，符合；()：2AlCr2O3Al2O32Cr，符合；()：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2
8、：MgCl2(熔融)MgCl2，符合。答案B探究二、铝热反应【合作交流】1铝热反应实验中镁条与氯酸钾的作用是什么？提示镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO3分解，氯酸钾的作用是供氧剂。2为什么要在承接反应物的蒸发皿中垫有细沙？提示因为铝热反应是一个典型的放热反应，反应中放出的大量热能够使铁熔化，为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅出伤人，所以要垫细沙。3铝热反应在工业上有哪些重要应用？提示(1)冶炼熔点高的金属，如钒、铬、锰等；(2)在野外焊接钢轨。【点拨提升】1铝热反应概念铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换
9、出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物反应特点在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等2.铝热反应实验实验操作实验现象(1)镁条剧烈燃烧；(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热注意事项(1)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为
10、四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人(5)实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤【典题例证2】如右图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末加2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题。(1)写出该反应的化学方程式：_；在该反应中，_(填化学式，下同)是氧化剂
11、，_是还原剂，该反应称为_反应。(2)选出该实验的实验现象：_(填写在横线上)。镁条剧烈燃烧；放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；纸漏斗的下部被烧穿；有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：_；蒸发皿盛沙：_；镁条：_；氯酸钾：_。(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？解析(1)铝热反应为2AlFe2O32FeAl2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。(2)均为铝热反应的现象。(3)铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；反应中镁条
12、提供热量使氯酸钾分解；氯酸钾分解引发铝热反应。答案(1)2AlFe2O32FeAl2O3Fe2O3Al铝热(2)(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害引燃剂，引起氯酸钾分解助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应(4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。【学以致用2】铝热剂并不单指Fe2O3与铝粉的混合物，实际上铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。如铝粉与Fe3O4、V2O5或MnO2等均可发生铝热反应。(1)写出上述铝热反应的化学方程式：_；_；_。(2)据上述反应可总结出铝热反应的特点：铝热反应实际上属于四大基本
13、反应类型中的_，其中铝表现了其_性，作_剂；铝热反应常用于冶炼金属性比铝_(填“强”或“弱”)的金属。解析铝热反应的实质是在较高温度下，用较活泼的还原剂铝，把活泼性相对弱的金属从其氧化物中还原出来。答案(1)8Al3Fe3O44Al2O39Fe10Al3V2O55Al2O36V4Al3MnO22Al2O33Mn(2)置换反应还原还原弱1工业上获得金属镁采用的冶炼方法是()A加热分解镁氧化物 B电解熔融氯化镁C高温下发生铝热反应 D高温下用氢气还原解析由于金属镁的活泼性较强，因此工业上一般采用电解熔融氯化镁制备金属镁。答案B2工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：2C(焦炭)O2(空气
14、)2CO2Fe2O33CO2Fe3CO2该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主要原因是()ACO过量BCO与铁矿石接触不充分C炼铁高炉的高度不够DCO与Fe2O3的反应有一定限度解析高炉炼铁的反应Fe2O33CO2Fe3CO2为可逆反应，所以对焦炭的实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高CO的浓度，促进该反应正向移动。答案D3在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是()ANa、Mg、Al BNa、Zn、FeCZn、Fe、Cu DMg、Al、Zn、Fe解析Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法；Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法。答案C4
15、.下列关于自然界存在的矿物及对应的冶炼方法错误的是()A.磁铁矿(Fe3O4)精选后可以用铝进行冶炼B.辉铜矿(Cu2S)精选后在高温下通入空气进行冶炼C.铝土矿(Al2O3)在熔融条件下加入冰晶石进行冶炼D.黄铁矿(FeS2)燃烧后的固体可用焦炭进行冶炼解析电解氧化铝制备金属铝时，要加入冰晶石，使氧化铝在较低温度下熔化，而不是在熔融条件下加入冰晶石进行冶炼，故C错误。答案C5(1)Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为_，该反应中氧化剂是_，还原剂是_。(2)工业上电解冶炼铝的化学方程式为_。若电路中通过1 mol电子，可以得到Al_g。答案(1)8Al3Fe3O44Al2O39FeFe
16、3O4Al(2)2Al2O3(熔融)4Al3O29课时作业1从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于()A金属的导电性强弱B金属在地壳中的含量多少C金属的化合价高低 D金属的活动性强弱解析由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。答案D2下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是()选项冶炼原理方法A2HgO2HgO2热分解法B2Al2O3(熔融)4Al3O2电解法CCu2SO22CuSO2热分解法DFe2O32Al2FeAl2O3热还原法解析活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等
17、用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D正确，C错误。答案C3成语、诗词话科学对下列成语或诗句所描述现象的解释，你认为错误的是()成语或诗句用化学知识解释A唐代李白诗句“风吹柳花满店香”这是生活中常见的一种分子扩散运动B“烈火见真金”金的性质稳定，在烈火中也不会发生反应C明代于谦诗句“粉身碎骨浑不怕”它指石灰石碾碎成粉末状的物理变化过程D成语“百炼成钢”通过反复锤炼，减少铁合金中碳元素的质量分数解析诗句“粉身碎骨浑不怕”，描述的是生石灰遇水生成氢氧化钙的过程，是化学过程。答案C4.关于金属冶炼的叙述正确的是()A
18、.工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁B.金属钠、铝和铜都可用还原法制备C.电解饱和氯化镁溶液可得金属镁D.用足量CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子解析A选项，铝热反应可以用来冶炼高熔点金属，如金属铁，但是大量金属铁的冶炼是采用热还原法，错误；B选项，金属钠、铝等活泼金属的冶炼采用电解法，错误；C选项，电解熔融氯化镁可以获得金属镁，电解饱和氯化镁溶液可得氢氧化镁、氢气和氯气，错误；D选项，Fe3O4中Fe元素化合价有2价、3价，1 mol Fe3O4被CO全部还原成Fe时，转移8 mol电子，得到9 mol铁时转移24 mol电子，正确。答案D5诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现
19、金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为2MoS27O22MoO34SO2MoO32NH3H2O=(NH4)2MoO4H2O(NH4)2MoO42HCl=H2MoO42NH4ClH2MoO4MoO3H2O用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法中正确的是()AMoS2煅烧产生的尾气可直接排放BMoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物CH2MoO4是一种强酸D利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为332解析A项明显错误，生成物SO2对环境污染严重；B项，根据中生成物(NH4)2MoO4可知，该化合物属于盐，对应的酸是H2M
20、oO4，故MoO3不属于碱性氧化物，B项错误；C项，根据反应H2MoO4是一种不溶性酸，由HCl发生复分解反应制得，故H2MoO4不可能是强酸；D项，1 mol H2、1 mol CO和1 mol Al作还原剂时，失去的电子数分别为2 mol、2 mol和3 mol，还原等量的MoO3转移电子相同，此时n(H2)n(CO)n(Al)332答案D6金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如下：KNaKClNaCl熔点()63.6597.8770801沸点()774882.91 500(升华)
21、1 431根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是()A97.8770 B770774 C774882.9 D1 4131 500 解析在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na、K、Cl和e自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl首先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用Na还原K的，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。答案C7.赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(Cu2O)，辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(Cu2S)，将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应：Cu2S2Cu2O
22、6CuSO2。下列对于该反应的说法中，正确的是()A.该反应中的氧化剂只有Cu2OB.Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂C.Cu既是氧化产物又是还原产物D.氧化产物与还原产物的物质的量之比为61解析A选项，反应中，Cu2S和Cu2O中的1价铜元素得电子生成0价的Cu，所以Cu2S和Cu2O都是氧化剂，错误；B选项，硫化亚铜中硫元素化合价升高，铜元素的化合价降低，所以Cu2S在反应中既是氧化剂，又是还原剂，正确；C选项，反应中，1价铜元素得电子生成0价的Cu，所以Cu是还原产物，错误；D选项，根据Cu2S2Cu2O6CuSO2可知，氧化产物和还原产物的物质的量之比是16，错误。答案B8化学学科
23、的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是()A人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界的分布无关B人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品C工业上可用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、AlD工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4解析选项A，人类对金属的认识与其在自然界中的分布有着密切的关系。选项B，石油是不可再生资源，总有一天，石油会消耗殆尽，它不是解决人类吃、穿、住、行最有效的方法。选项C，AlCl3是共价化合物，熔融AlCl3不导电。选项D，将铜粉放在稀硫酸中，不断通入空气，加热即可生成CuSO4。答案D9冶炼金属一般有下列四种方法：
24、焦炭法；水煤气(H2或CO)法；活泼金属置换法或铝热法；电解法。四种方法各有优缺点，在工业上均有应用。(1)一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为_(填字母，下同)。AO2、CO2 BO2、COCCO2、CO DCO、CO2(2)下列说法错误的是_。A对废旧金属最好的处理方法是回收再利用B提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液制得D热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等(3)钛(Ti)有“未来钢铁”之称，工业上常以TiCl42MgTi2MgCl2获得海绵状钛，该反应在下列哪种环境中进行
25、_。A稀有气体中 B空气中C氮气中 DCO2气体中解析(1)和氧化铜反应的气体为一氧化碳，一氧化碳和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，所以选C。(2)A项，废旧金属可以回收利用，故正确；B项，提炼金属要经过富集、冶炼和精炼，故正确；C项，活泼的金属要用电解法，但不一定是电解其盐溶液，故错误；D项，热还原法中常用还原剂为碳、一氧化碳、氢气和活泼的金属等，故正确。(3)因为镁可以和氧气或氮气或二氧化碳反应，所以选A。答案(1)C(2)C(3)A10铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如下：(1
26、)写出得到单质铁的化学方程式：_。(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁：_。(3)装置末端气球的作用：_。实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入CO？原因是什么？_。解析(2)检验是否生成铁单质，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(H2)，则证明生成了单质铁。(3)反应结束后，得到的铁还是炽热的，若先停止通入CO，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。答案(1)Fe2O33CO2Fe3CO2(2)取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体，则证
27、明生成了单质铁(答案合理即可)(3)收集CO，防止污染空气先停止加热，防止生成的铁再次被氧化11如图所示进行铝热反应：观察发生的现象，回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：_，在该反应中_是氧化剂，_是还原剂。(2)引发铝热反应的实验操作是_。(3)某同学为研究该实验，查阅有关资料得到如下数据：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750该同学推测，铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？_(填“合理”或“不合理”)设计一
28、个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用的试剂是_，反应的离子方程式为_。解析(1)铝热反应为2AlFe2O32FeAl2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。(2)引发铝热反应的操作是加少量KClO3，插上镁带并将其点燃。(3)根据提供的铁和铝的熔点可知，该同学的推测合理。利用Al能与强碱反应而铁不与强碱反应的特性，可以检验熔融物中是否含有铝。答案(1)2AlFe2O32FeAl2O3Fe2O3Al(2)加少量KClO3，插上镁带并将其点燃(3)合理氢氧化钠溶液2Al2OH2H2O=2AlO3H212.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有杂质SiO
29、2和Fe2O3)提取氧化铝并冶炼Al的操作过程如下：(1)滤渣A是_，滤渣B是_。(2)操作、的名称是_。(3)操作中，灼烧时盛放药品的仪器是_，发生反应的化学方程式是_。(4)生成滤渣C的离子方程式为_。(5)取滤液B 100 mL，加入1 molL1 200 mL盐酸时，沉淀量达到最大且质量为11.7 g。则滤液B中c(AlO)_，c(Na)_molL1。解析(1)铝土矿中的二氧化硅与稀硫酸不反应，则滤渣A是SiO2(或二氧化硅)；滤液A中含有铝离子、铁离子，加入过量的氢氧化钠溶液生成氢氧化铁沉淀和偏铝酸钠，则滤渣B是Fe(OH)3(或氢氧化铁)。(2)操作、的名称均是过滤。(3)操作中，
30、灼烧固体时盛放药品的仪器是坩埚。滤液B中含有偏铝酸钠，通入过量的二氧化碳生成氢氧化铝沉淀，滤渣C是Al(OH)3，则发生反应的化学方程式是2Al(OH)3Al2O33H2O。(4)由于二氧化碳是过量的，则生成滤渣C的离子方程式为AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO。(5)取滤液B 100 mL，加入1 molL1200 mL盐酸时，沉淀量达到最大且质量为11.7 g，即氢氧化铝是11.7 g，其物质的量是0.15 mol，根据铝原子守恒可知，溶液B中c(AlO)0.15 mol0.1 L1.5 molL1。根据方程式Al2(SO4)38NaOH=3Na2SO42NaAlO24H2O可知，Al2(SO4)3消耗氢氧化钠0.6 mol，又因为氢氧化钠还会与硫酸等反应，因此最终滤液B中Na的浓度大于6.0 molL1。答案(1)SiO2(或二氧化硅)Fe(OH)3(或氢氧化铁)(2)过滤(3)坩埚2Al(OH)3Al2O33H2O(4)AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO(5)1.5 molL16.0
