1、第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用学习目标定位1.知道金属在自然界中的存在形态，金属冶炼的一般方法和原理，会写相关反应的化学方程式。2.掌握铝热反应的原理和实验。3.了解金属回收的意义，树立环保意识。一金属的冶炼1金属元素在自然界中的存在形式少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金和铂以及少量的银和铜。化学性质比较活泼的金属，在自然界中总是以化合态存在。这显然和金属的活动性紧密相关。2金属冶炼的原理和实质金属冶炼的原理：利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂或者加热、电解的方法把金属化合物还原为金属单质。金属冶炼的实质：金属离子金属单质，即Mnn
2、eM。3不同金属适用的冶炼方法(1)热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位于氢以后的金属；像汞、银等不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。请你写出冶炼汞、银反应的化学方程式：2HgO2HgO2、2Ag2O4AgO2。(2)电解法：位于金属活动性顺序表中氢前面的钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属单质都很容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。请你写出冶炼铝、钠
3、反应的化学方程式：2Al2O3(熔融)4Al3O2、2NaCl(熔融)2NaCl2。(3)热还原法适用于冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如铝)等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。请你写出冶炼铁、钨、铅、铬反应的化学方程式：Fe2O33CO2Fe3CO2、WO33H2W3H2O、2PbOC2PbCO2、Cr2O32Al2CrAl2O3。4回收废旧金属(1)回收金属的意义：节约矿物资源、节约能源、减少环境污染。(2)废旧金属的最好的处理方法是回收利用。(3)回收金属的实例：废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回
4、收的定影液中，可以提取金属银。归纳总结1冶炼方法的总规律：金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的热分解法就能使金属还原；活动性居中或不太活泼的用热还原法；金属的位置越靠前，越难被还原，往往采用电解法使金属从矿石中还原出来。2学习时结合金属活动性顺序表和氧化还原性强弱顺序示意图加以理解和记忆：金属单质还原性、失电子能力依次减弱金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强活学活用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
5、方法的分析不正确的是()A()用 B()用C()用 D()用答案B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：MgCl2(熔融)MgCl2，符合。2金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是()A电解法 B热还原法C热
6、分解法 D铝热法答案A解析可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来推断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，即用电解法。二铝热反应如右图所示，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_是氧化剂，_是还原剂，该反应称为_反应。(2)选出该实验的实验现
7、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？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。归纳总结铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O
8、3、V2O5等)组成的混合物叫铝热剂，在高温下发生铝热反应，可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属(如V、Cr、Mn等)、焊接钢轨等。活学活用3铝能用于冶炼难熔的金属(如Cr、V、Mn等)，这不是因为()A铝具有还原性B铝具有导电性C铝较Cr、V、Mn等价格便宜D冶炼反应放出大量的热答案B4把铝粉和氧化亚铁粉末配成铝热剂，分成两等份。一份在高温下恰好完全反应后，再与足量盐酸反应；另一份直接放入足量的烧碱溶液中充分反应。前后两种情况下生成的气体的质量比是()A32 B23 C11 D289答案C解析本题应分析两个过程中电子转移的数目。铝置换出铁，铁再和盐酸反应生成H2和铝直接与烧碱反应生成H2转移的
9、电子数目应该相同，化学方程式如下：2Al3FeOAl2O33Fe,3Fe6HCl=3FeCl23H2；2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2；由此可看出两种情况下生成的气体的质量比为11。当堂检测1下列金属元素在自然界中可以游离态形式存在的是()AK BNa CCa DAu答案D2下列说法错误的是()A对废旧金属的最好处理方法是回收、再用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D热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等答案C解析活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的，电解其盐溶液得不到
10、金属单质，C错误。3用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1 mol，消耗铝最少的是()AMnO2 BCr2O3CWO3 DCuO答案D解析制备1 mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。而生成1 mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。4有0.4 g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。这种铁的氧化物的化学式是()AFeO BFe2O3CFe2O4 DFeO和Fe2O3答案B解析CO和铁的氧化物反应时
11、，氧化物中的一个O原子对应一个CO2分子，每一个CO2分子对应一个CaCO3，所以有下列的关系式，假设0.4 g该氧化物中含x g O。OCO2CaCO316 100x g 0.75 g解得x0.12N(Fe)N(O)23。5我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木炭粉混合后加热至约800 ，得到一种外观似金子的锌和铜的合金，试写出反应的化学方程式。答案ZnCO3ZnOCO2ZnOCZnCOCu2OC2CuCO40分钟课时作业基础过关一、金属的性质及应用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
12、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金属的活动性强弱答案D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。2我国古代炼丹家魏伯阳所著周易参同契是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下()A活泼 B稳定C易氧化 D易还原答案B解析金的性质稳定，在强热条件下也不反应。3下列物质投入溶液中，溶液质量减轻的是()ACaCO3投入到HCl溶液中BNa2CO3投入稀硫酸中CFe粉投入CuSO4溶液中DFe粉投入稀HCl溶液中答案C解析A、B项相当于把CaO、Na2O分别投入到酸溶
13、液中，故其溶液质量增加；C项Fe元素进入溶液、Cu以单质形式析出，Fe(56)相对原子质量小于Cu(64)，故C项符合题意；D项Fe元素进入溶液(HCl)，H以单质形式析出，故D项溶液质量增加。4除去Cu粉中的Al粉不能()A加入稀H2SO4，过滤B加入NaCl溶液，过滤C加入NaOH溶液，过滤D加入CuSO4溶液，过滤答案B解析A、C、D项均可溶解Al使其进入溶液，从而与Cu分离，故选B项。5实验室欲使1.6 g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标况下的体积为()A672 mL B336 mLC大于672 mL D小于336 mL答案C解析由3COFe2O32Fe3CO2可知消耗CO 672
14、 mL，但气体与固体反应不充分，反应前要先通入一会儿CO赶尽空气，Fe冷却要在CO的气氛中，故CO实际用量应大于672 mL。6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)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 答案C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
15、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。二、金属的冶炼方法7不能用热分解法制得的金属是()FeAgMgHgA B C D答案A解析热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼，它们的化合物大多不稳定，比如氧化银受热时能够分解为相应的金属单质，而活泼金属的化合物一般相当稳定，加热很难分解。因此，比较活泼的铁和镁不能够通过热分解法制得。8热还原法冶炼金属的反应一定是()A氧化还原反应 B置换反应C复分
16、解反应 D分解反应答案A解析热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3COFe2O32Fe3CO2，但一定是氧化还原反应。9电解无水MgCl2所得镁蒸气冷却后即得固体镁。镁可在下列哪种气体氛围中冷却()AH2 BCO2CO2 D空气答案A解析Mg在加热条件下可与O2、CO2、N2反应。故选A。10下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是()A用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁B在加热情况下利用氢气还原三氧化二铝得到金属铝C用铝热法炼得熔点较高的金属铬D直接加热氧化汞得到金属汞答案B解析铝的活泼性比氢强，应选用电解法冶炼。11铝用来焊接钢轨是利用()A铝与氧气
17、反应生成稳定的保护层B铝是热的良导体C铝是强还原剂，铝热反应放热D铝合金强度大答案C解析铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，可达到很高的温度，生成Al2O3和液态铁，从而将钢轨焊接在一起。12铜的冶炼大致可分为：富集，将硫化物矿进行浮选；焙烧，主要反应为2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(炉渣)；制粗铜，在1 200 发生的主要反应为2Cu2S3O22Cu2O2SO2,2Cu2OCu2S6CuSO2；电解精炼铜。下列说法不正确的是()A上述灼烧过程的尾气回收后可用来制硫酸B上述过程中，由6 mol CuFeS2制取6 mol Cu时共消耗15 mol O2C在反应2Cu2OCu2S=
18、6CuSO2中，只有Cu2O作氧化剂D电解精炼铜时，粗铜应与外接电源的正极相连接答案C解析由6 mol CuFeS2制取6 mol Cu时共消耗O2的量分析过程如下：6 mol CuFeS23 mol Cu2S6 mol Cu，此过程中共消耗氧气15 mol。根据铜元素化合价变化，Cu2O、Cu2S中铜元素化合价均降低，二者均作氧化剂。能力提升13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)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
19、一个实验来验证生成了单质铁：_。(3)装置末端气球的作用为_。实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入CO并说明原因_。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，则证明生成了单质铁(3)收集未反应的CO，防止污染空气先停止加热，防止生成的铁再次被氧化解析检验是否生成单质，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；反应结束后，得到的铁还是赤热的，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。14在某次探究性学习中，老
20、师要求同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜，并用所制得的铜进行一系列的探究性实验。甲、乙两位同学分别设计了如下两个制铜实验方案。甲：CuO溶于适量稀硫酸中；在的溶液中加入稍过量的铁，充分反应后，过滤、烘干，即得纯净的铜。乙：铁与稀硫酸反应得氢气；用氢气还原氧化铜，充分反应后即得纯净的铜。(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同，请判断他们所制得铜的质量大小关系(填选项的标号)_。A相同 B甲多C乙多 D以上三种情况均有可能(2)丙同学认为上述两种方案都难以保证所制的铜的纯度，应对上述两种方案加以完善。甲同学的方案不完善的原因：_，完善乙同学的方案的一种方法是将所得的铜粉放入烧
21、杯中，加入_，不断搅拌，然后_即得到纯净的铜。答案(1)B(2)产物中可能混有铁并且没有洗涤过量稀硫酸过滤、洗涤，烘干解析(1)在用氢气还原氧化铜的反应中，应选通入H2，赶走空气，然后才能加热，并且反应结束后应先撤去酒精灯，再停止通入H2，因此所制得的H2并没有全部参与CuO的还原，故生成的铜少。(2)甲方案中铁过量，并且过滤后没有洗涤，产物中混有铁粉也可能混有FeSO4。而乙方案中可能混有CuO，应加入稀硫酸除去CuO。15某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”；“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。由化学手册查阅得有关物质的熔、沸点数据如下表。物
22、质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁的低，此时液态的铁和铝熔合成铁铝合金，你认为他的解释是否合理_(填“合理”或“不合理”)。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是_，反应的离子方程式为_。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是_(填序号)，并说明理由：_。A浓硫酸 B稀硫酸C稀硝酸 D氢氧化钠溶液答案(1)合理(2)NaOH溶液2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)B
23、若用A、C溶解样品会产生SO2、NO等有毒气体，用D，则Fe不会与NaOH溶液反应(或用B既能将样品全部溶解，又不会生成有害气体)解析(1)根据表中各物质的熔点，铁和铝可以熔合成铁铝合金，故解释合理。(2)由于金属铝可以与NaOH溶液反应而铁不能，故可以选用的试剂为NaOH溶液。拓展探究16钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：(1)步骤加Fe的目的是_；步骤冷却的目的是_。(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是_；
24、考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入_处理。(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为反应TiCl42Mg=2MgCl2Ti在Ar气氛中进行的理由是_。答案(1)将Fe3还原为Fe2析出绿矾(FeSO47H2O)(2)绿矾(FeSO47H2O)生石灰(或碳酸钙、废碱)(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应解析(1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将3价Fe转化为2价Fe，降温减小FeSO47H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。(2)水浸后发生的离子反应为TiO22H2O=H2TiO32H，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。(3)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。