第四章第一节第1课时金属矿物的开发利用.docx

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第四章第一节第1课时金属矿物的开发利用

第四章　化学与自然资源的开发利用

[课程标准]

1．以海水、金属矿物等自然资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。

认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。

2．以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。

3．能说明合成新物质对人类生活的影响，讨论在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。

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]

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。

　5.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。

知识点一　金属的冶炼

►自主探究自主学习　探究归纳

阅读教材P88～P90，思考并填空

一、金属在自然界中的存在形态

二、金属的冶炼

1．热分解法

适用于不活泼金属的冶炼。

请写出下列反应的化学方程式。

（1）加热分解HgO：

2HgO

2Hg＋O2↑。

（2）加热分解Ag2O：

2Ag2O

4Ag＋O2↑。

2．电解法

适用于非常活泼金属的冶炼。

请写出下列反应的化学方程式。

（1）冶炼金属钠，电解熔融NaCl：

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑。

（2）冶炼金属镁，电解熔融MgCl2：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑。

（3）冶炼金属铝，电解熔融Al2O3：

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑。

3．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。

请写出下列冶炼金属反应的化学方程式。

（1）高炉炼铁：

3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2。

（2）铝热反应炼铁：

2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3。

（3）用氢气还原氧化铜：

H2＋CuO

Cu＋H2O。

4．其他方法

（1）火法炼铜：

Cu2S＋O2

2Cu＋SO2。

（2）湿法炼铜：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

三、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

（1）提高金属矿物的利用率；

（2）减少金属的使用量；

（3）加强金属资源的回收和再利用；

（4）使用其他材料代替金属材料。

自我测评►———————————————————（做一做）

1．判断正误：

（1）黄金的冶炼需要热分解法。

（×）

分析：

金在自然界中以游离态存在，无需进行冶炼。

（2）金属阳离子被还原，一定得到金属单质。

（×）

分析：

变价金属元素的最高价阳离子被还原时，可能得到中间价态的离子，而不一定得到金属单质，如Fe3＋可被还原成Fe2＋。

（3）金属冶炼的实质是把金属从化合态还原为游离态。

（√）

分析：

金属冶炼的实质是利用氧化还原反应将金属从化合物中还原出来。

2．思考：

利用CO冶炼铁的反应是置换反应吗？

提示：

不是。

CO冶炼铁的反应是3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2，该反应不是置换反应。

[认知总结]

金属的活动性与冶炼方法

1．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、Al

Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu

Hg、Ag

Pt、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

电解法

热还原法

热分解法

物理方法

2.常用的热还原法

各种热还原法的优缺点：

优点

缺点

H2还原法

金属纯度高

工业成本高

CO和C还原法

工业成本低

金属纯度低，产生污染性气体CO

铝热法

可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属

工业成本较高

特别提醒　金属冶炼的基本步骤

►讲练互动典例剖析　题组训练

[典例剖析]

冶炼金属一般有下列4种方法：

①焦炭法；②水煤气（或氢气、一氧化碳）法；③活泼金属置换法；④电解法。

这4种方法在工业上均有应用。

古代有：

Ⅰ.火烧孔雀石炼铜；Ⅱ.湿法炼铜。

现代有：

Ⅲ.铝热法炼铬；Ⅳ.从光卤石（MgCl2·6H2O）中炼镁。

对它们的冶炼方法的分类，不正确的是（　　）

A．Ⅰ，①　　　　　　　　B．Ⅱ，②

C．Ⅲ，③D．Ⅳ，④

[解析]　金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的状态、金属活动性等有关，需要在理解的基础上加以记忆。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生的反应分别是

Ⅰ.Cu2（OH）2CO3

2CuO＋CO2↑＋H2O，

C＋2CuO

2Cu＋CO2↑；

Ⅱ.Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu；

Ⅲ.2Al＋Cr2O3

Al2O3＋2Cr；

Ⅳ.先从光卤石中提取MgCl2，再电解熔融的MgCl2：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑。

则Ⅰ属于方法①，Ⅱ属于方法③，Ⅲ属于方法③，Ⅳ属于方法④。

综上分析，B选项不正确。

[答案]　B

[规律方法]　选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属活动性。

金属活动性顺序中，金属的位置越靠前越难被还原，金属的位置越靠后越容易被还原。

[题组训练]

题组　金属的冶炼

1．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）

4Al＋3O2↑

电解法

C

Cu2S＋O2

2Cu＋SO2

热分解法

D

Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3

热还原法

解析：

选C。

活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，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，C项为火法炼铜。

2．从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近几百年的事。

下列跟这个先后顺序有关的是（　　）

①地壳中金属元素的含量　②金属活动性顺序　③金属的导电性　④金属冶炼的难易程度　⑤金属的延展性

A．①③B．②⑤

C．③⑤D．②④

解析：

选D。

金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属离子还原，人们开发、利用的时间也就越早；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段（电解）。

知识点二　铝热反应[学生用书P77]

►自主探究自主学习　探究归纳

阅读教材P88～P89，思考并填空

1．一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。

2．铝热反应的实验操作方法

将一定量的氧化铁粉末和一定量铝粉均匀混合放入纸漏斗，在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条，用燃着的小木条点燃镁条。

3．氧化铁和铝粉在高温下发生反应的化学方程式：

Fe2O3＋2Al

Al2O3＋2Fe。

自我测评►———————————————————（做一做）

1．思考：

（1）能否用铝热反应冶炼金属镁？

提示：

不能。

铝热反应的实质是置换反应，利用铝的活泼性置换出较不活泼的金属，镁比铝活泼，只能利用电解法冶炼。

（2）铝热反应中镁带和氯酸钾的作用分别是什么？

提示：

镁带燃烧放出大量的热，使氯酸钾分解产生氧气，促使镁带更加剧烈燃烧，产生更多热量，从而使铝热剂在高温下发生反应。

2．下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是（　　）

A．CO、O2、H2　　　　B．CO、CO2、C

C．CO2、H2O、O2D．Al、C、H2

解析：

选D。

A、C中O2不能还原Fe2O3，B中，CO2不具有还原性，C中CO2、H2O不具有还原性，故选D。

[认知总结]

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出来

铝热剂

铝粉和某些金属氧化物（Fe3O4、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.铝热反应的实验

实验装置

实验现象

（1）镁带剧烈燃烧。

（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，液珠冷却后变为黑色固体。

原因分析

镁带燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应：

2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔融状态。

注意事项

（1）氯酸钾的作用是分解提供氧气，使镁带快速充分燃烧，要放在混合物的上面。

（2）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，同时损坏纸漏斗。

（3）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。

特别提醒　有关铝热反应的两个易错点

①铝热反应可以用于焊接钢轨，但工业上不用该方法炼铁，因为铝比铁的冶炼成本更高。

②由于铝只能冶炼活泼性比其弱的金属，所以并不是铝与所有金属氧化物的混合物都叫铝热剂，如Al和Na2O的混合物不能叫铝热剂。

►讲练互动典例剖析　题组训练

[典例剖析]）