1、第 四 章 化学 与自 然资 源的 开发 利用 第 一节 开 发利 用金 属矿 物和 海水 资源 课时1 金属矿物 的开发利 用 目 标 与 素 养：1.了 解 金 属 的 存 在 形 式、冶 炼 方 法 及 原 理。(宏观辨 识 与 模 型 认 知)2.掌 握 铝 热 反 应 的 原 理、实 验 及 应 用。(科 学 探 究 与社 会 责 任)3.了 解 金 属 回 收 和 资 源 保 护 的 意 义。(科 学 精 神 与 社 会 责 任)自 主 预 习 探 新 知 一、金 属 的 存 在 1 地 壳 中 含 量 最 高 的 金 属 元 素 是，人 类 最 早 使 用 的 金 属 是_，使
2、用 最 广 泛 的 金 属 是。铝 铜 铁 3 金属活动顺序(从强到弱)表为。K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au 二、金 属 矿 物 的 开 发 利 用 1 金 属 的 冶 炼(1)冶炼的原理 原 理：将 金 属 从 其 化 合 物 中 出来。实 质：根 据，使 金 属 矿 物 中 的 金 属 阳 离 子 电子 生 成 金 属 单 质：Mnne=M。得到 还原 氧化还原反应(2)冶炼方法 热 分 解 法 适用于 金 属 的 冶 炼。如：a HgO：(写 化 学 方 程 式，后同)。b Ag2O：。不活泼 2HgO=2Hg O2 2Ag2O=4
3、Ag O2 电解法 适 用 于 非 常 活 泼 金 属 的 冶 炼。如：a NaCl：。b MgCl2：。c Al2O3：。2NaCl(熔融)=电解2Na Cl2 MgCl2(熔融)=电解Mg Cl2 2Al2O3(熔融)=电解冰晶石4Al 3O2 热 还 原 法 适 用 于 大 多 数 中 等 活 泼 金 属 的 冶 炼，常 用 的 还 原 剂 有 C、H2、CO 等。如：a 高炉炼铁：。b 铝 热 法 炼 铁：。c 用 氢 气 还 原 氧 化 铜：。Fe2O33CO=高温2Fe 3CO2 Fe2O32Al=高温2Fe Al2O3 CuO H2=Cu H2O 其 他 方 法 a 火法炼铜：。
4、b 湿 法 炼 铜：_。Cu2S O2=高温2Cu SO2 Fe CuSO4=FeSO4Cu 2 金 属 资 源 的 合 理 开 发 利 用(1)合 理 开 发 利 用 金 属 资 源 的 意 义 金属矿物资源是不可再生资源且贮量有限，冶 炼 过 程 中 会 消 耗大量能量，也 易 造 成 环 境 污 染。故 应 合 理 开 发 利 用 金 属 资 源。(2)有 效 利 用 金 属 资 源 的 途 径 提 高 金 属 矿 物 的 利 用 率。减 少 金 属 的 使 用 量。加 强 金 属 资 源 的。使 用 其 他 材 料 代 替 金 属 材 料 等。回收和再利用 1 判 断 对 错(对的打“
5、”，错的打“”)(1)金 属 在 自 然 界 中 的 存 在 形 式 只 有 化 合 态 没 有 游 离 态()(2)金 属 冶 炼 的 本 质 是 金 属 化 合 物 的 金 属 被 氧 化()(3)金 属 越 活 泼 往 往 越 难 冶 炼，发 现 的 越 晚()(4)铝 的 冶 炼 方 法 是 电 解 熔 融 的 AlCl3()提示(1)(2)(3)(4)2 冶 炼 金 属 常 用 以 下 几 种 方 法：以 C、CO 或 H2作 还 原 剂 还 原。用较活泼 金属 Na、Mg 等还原。利 用 铝 热 反 应 原 理 用 Al 还原。电 解 法。热分解法。下 列 金 属 各 采 用 哪
6、种 方 法 还 原 最 佳？(填序号)(1)Fe、Zn、Cu 等 中 等 活 泼 金 属_。(2)Na、Mg、Al 等 活 泼 或 较 活 泼 金 属_。(3)Hg、Ag 等不活泼金属_。(4)V、Cr、Mn、W 等 高 熔 点 金 属_。答案(1)(2)(3)(4)核 心 突 破 攻 重 难 金 属 的 冶 炼 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 活 动 性 顺 序
7、K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 单 质 还 原 性(原 子 失 电 子能力)强 弱 阳 离 子 氧 化性(离 子 得 电子能力)弱 强 金属冶炼 方法 电解熔融 盐 或 氧 化 物 热还原法 热分 解法 富集法 还原剂或 特殊措施 直流电提 供电子 H2、CO、C、Al 等，加热(或高温)加热(或高温)物理方 法或化 学方法 3.热 还 原 法 的 优 缺 点(1)用 H2作 还 原 剂 时，生 成 产 物 H2O 在 高 温 下 以 H2O(g)蒸发出去，使 制 得 的 金 属 纯 度 较 高，但 成 本 也 较 高。(2)用 CO 作
8、 还 原 剂 冶 炼 金 属 时，CO 一 般 在 冶 炼 炉 中 通 过 下 列 反应 生 成：C O2=高温CO2，CO2C=高温2CO，所以用 CO 还原法冶 炼 得 到 的 金 属 中 混 有 杂 质 C，纯 度 不 高。(3)用 C 作 还 原 剂 冶 炼 得 到 的 金 属 往 往 混 有 焦 炭 和 碳 化 物，得不到 纯 度 较 高 的 金 属。(4)用 铝 热 反 应 冶 炼 金 属，虽 克 服 了 被 冶 炼 金 属 及 其 氧 化 物 熔 点高、难 冶 炼 的 问 题，但 是 成 本 较 高。1 金 属 材 料 在 日 常 生活、生 产 中 有 着 广 泛 的 应 用，下
9、 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 D 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
10、 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 Al2O3的 方 法 来 冶 炼 铝。2 下 列 化 工 原 理 生 产 中 错 误 的 是()可 以 用 电 解 熔 融 氯 化 钠 的 方 法 来 制 取 金 属 钠 可 以 用 钠 加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁 工业上用电解熔融氧化镁的方 法 制 取 金 属 镁 A B C D A 工 业 上 一 般 采 用 电 解 熔 融 氯 化 钠 的 方 法 冶 炼 金 属 钠；若 将钠 加 入 氯 化 镁 溶 液 中，
11、发 生 反 应：2Na 2H2O=2NaOH H2，MgCl22NaOH=Mg(OH)2 2NaCl，所 以 不 能 冶 炼 金 属 镁；由于 MgO、MgCl2均 为 离 子 化 合 物 且 熔 点：MgCl2MgO，所 以 工 业 上一 般 以 MgCl2(熔融)为 原 料 通 过 电 解 的 方 法 冶 炼 金 属 镁。铝 热 反 应 的 原 理 及 其 应 用 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 出
12、 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 科 学 探 究 铝 热 反 应 实 验 探 究 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；(
13、4)滤 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 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
14、体 溅 出 伤 人(5)实 验 装 置 要 与 人 有 一 定 距 离，防 止 人 被 烧 伤 微 点 拨：铝 热 反 应 实 验 中 镁 带 和 氯 酸 钾 是 引 燃 剂，镁 带 燃 烧 提供 热 量，并 促 使 KClO3发 生 分 解；KClO3分 解 放 出 O2，镁 带 剧 烈 燃烧，单 位 时 间 内 放 出 更 多 的 热 量，以 引 发 Al 与 Fe2O3的 反 应。3 下 列 冶 炼 方 法 错 误的是()A 2HgO,2Hg O2 B 4Al 3MnO2=高温2Al2O33Mn C 2AlCl3=电解2Al 3Cl2 D 4CO Fe3O4=高温3Fe 4CO2 C A
15、l 为 活 泼 金 属，通 常 用 电 解 熔 融 的 氧 化 铝 的 方 法 冶 炼，而氯 化 铝 是 分 子 晶 体，其 中 不 含 铝 离 子，所 以 不 能 电 解 氯 化 铝，故 C错 误。4 如 图 为 铝 热 反 应 的 实 验 装 置，请 回 答 下 列 问 题：(1)该 实 验 装 置 中 还 缺_。引 发 铝 热 反 应 的 操 作 为_ _。(2)若 将 氧 化 铁 换 成 氧 化 镁，该 反 应_(填“能”或“不能”)发生，理由是_。(3)铝 热 反 应 的 用 途 有 哪 些_ _。解析(1)利 用 镁 带 燃 烧 放 热 从 而 引 发 铝 热 反 应，同 时 促
16、使KClO3分 解 产 生 O2，使 镁 带 快 速 燃 烧。(2)Mg 比 Al 活 泼，Al 不能从 MgO 中 置 换 出 Mg。答案(1)镁带和氯酸钾 在 混 合 物 中 间 插 一 根 镁 带，将氯酸钾放 在 混 合 物 上 镁 带 的 周 围，点燃镁带(2)不能 镁 比 铝 活 泼，铝 不 能 置 换 镁(3)用 于 焊 接 钢 轨；冶 炼 某 些 熔 点 高 的 金 属(答 案 合 理 即 可)当 堂 达 标 提 素 养 1 下 列 说 法 不 正 确 的 是()A 自 然 界 中 的 金 属 均 以 游 离 态 存 在 B 金 属 活 动 性 不 同，冶 炼 方 法 也 有 所
17、 不 同 C 地 球 上 金 属 矿 物 资 源 是 有 限 的，因此，应 提 高 金 属 矿 物 的 利用率 D 废 旧 金 属 的 回 收 利 用，有 利 于 环 境 保 护 答案 A 2 下 列 说 法 中 正 确 的 是()A 金 属 的 冶 炼 都 是 把 金 属 单 质 从 其 矿 物 中 分 离 出 来 B 金 属 冶 炼 过 程 中，被 冶 炼 的 金 属 一 定 被 氧 化 C 金 属 冶 炼 过 程 中，被 冶 炼 的 金 属 一 定 被 还 原 D 金 属 冶 炼 过 程 中，被 冶 炼 的 金 属 既 可 被 氧 化，也 可 被 还 原 C 金 属 的 冶 炼 是 将
18、金 属 从 其 化 合 物 中 还 原 出 来，金 属 在 化 合物 中 只 能 显 正 价。冶 炼 时 化 合 价 只 可 能 降 低，被 还 原。3 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 A 2HgO=2Hg O2 热分解法 B 2Al2O3(熔融)=电解冰晶石4Al 3O2 电解法 C Cu2S O2=高温2Cu SO2 热分解法 D Fe2O32Al=高温2Fe Al2O3 热还原法 C 热 分 解 法 是 指 不 活 泼 金 属 化 合 物 加 热 分 解 得 到 金 属，不 是与 O2反 应。4.如 图 是 铝 热
19、反 应 的 实 验 装 置，有 关 该 反 应 的 下 列 说 法 中 一 定 正 确 的 是()A a 为镁条 B b 为 氧 化 铁 与 铝 粉 的 混 合 物 C 2 mol 氧 化 剂 参 与 反 应 则 电 子 转 移 6NA个(设NA为阿伏加德罗常数)D 还 原 剂 与 氧 化 产 物 的 物 质 的 量 之 比 为 1 2 A 铝 与 氧 化 铁 的 铝 热 反 应 为 2Al Fe2O3高温,Al2O32Fe。A项，a 为 镁 条，起 引 燃 作 用，正 确；B 项，b 为 氯 酸 钾，作 氧 化 剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反 应，其 中 c
20、 为 氧 化 物 与 铝 粉 的 混 合 物，错 误；C 项，2Al Fe2O3高温,Al2O32Fe，该 反 应 中 氧 化 剂 是 氧 化 铁，2 mol 氧 化 剂 参 与 反 应则 电 子 转 移 12NA个，错 误；D 项，该 反 应 中 还 原 剂 是 铝，氧 化 产 物是 氧 化 铝，还 原 剂 和 氧 化 产 物 的 物 质 的 量 之 比 为 2 1，错 误。5 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
21、装 置 如 图 所 示：(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。
22、(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)Fe2O33CO=高温2Fe 3CO2(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(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 点 击 右 图 进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!
