1、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)一、金属的存在1地壳中含量最高的金属元素是铝，人类最早使用的金属是铜，使用最广泛的金属是铁。2.3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还原出来。实质：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
2、成金属单质：Mnne=M。(2)冶炼方法热分解法适用于不活泼金属的冶炼。如：aHgO：2HgO2HgO2(写化学方程式，后同)。bAg2O：2Ag2O4AgO2。电解法适用于非常活泼金属的冶炼。如：aNaCl：2NaCl(熔融)2NaCl2。bMgCl2：MgCl2(熔融)MgCl2。cAl2O3：2Al2O3(熔融)4Al3O2。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：Fe2O33CO2Fe3CO2。b铝热法炼铁：Fe2O32Al2FeAl2O3。c用氢气还原氧化铜：CuOH2CuH2O。其他方法a火法炼铜：Cu2SO22CuSO2。b湿法炼铜
3、：FeCuSO4=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。加强金属资源的回收和再利用。使用其他材料代替金属材料等。1判断对错(对的打“”，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
4、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)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K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au单质还原性(原子失电
5、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作还原剂冶炼金属时，CO一般在冶炼炉中通过下列反应生成：CO2CO2，CO2C2CO，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
6、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
7、()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ABCDA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，发生反应：2Na2H2O=2NaOHH2，MgCl22NaOH=Mg(OH)22NaCl，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来铝热剂铝粉和
8、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；(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，
9、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 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下列对铝热反应的说法错误的是()A铝热剂中还原剂是铝粉B铝热剂是纯净物C铝与Fe2O3可组成铝热剂D铝热反应是放热反应BAl和Fe2O3可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。4如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1
10、)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)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，冶炼方法也有所不同C地球上金属矿物资源是有限的，因此，应
11、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A2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A2HgO2HgO2热分解法B2Al2O3(熔融)4Al3O2电解法CCu2SO22CuSO2热分解法DFe2O32Al2FeAl2O3热还原法C热分解法是指不活泼金属化合物
12、加热分解得到金属，不是与O2反应。4.如图是铝热反应的实验装置，有关该反应的下列说法中一定正确的是()Aa为镁条Bb为氧化铁与铝粉的混合物C2 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12A铝与氧化铁的铝热反应为2AlFe2O3Al2O32Fe。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为氧化物与铝粉的混合物，错误；C项，2AlFe2O3Al2O32Fe，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
13、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21，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。(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