高一化学人教版必修二教学案第四章 第一节 开发利用金属矿物和海水资源含答案.docx

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高一化学人教版必修二教学案第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源含答案

第1课时　金属矿物的开发利用

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。

1．金属活动性顺序为K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au_。

2．金属的存在

（1）地壳中含量最高的金属元素是铝，其次是铁。

（2）金、铂等少数金属以游离态的形式存在，绝大多数金属以化合态的形式存在于自然界中。

3．金属冶炼的含义：

将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。

4．常见金属的冶炼方法

（1）冶炼铝的方法：

电解法，化学方程式：

。

（2）冶炼铁的方法：

热还原法、铝热法，化学方程式：

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2、Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。

（3）冶炼银的方法：

热分解法，化学方程式：

2Ag2O4Ag＋O2↑。

（4）冶炼铜的方法：

火法炼铜、湿法炼铜，化学方程式：

Cu2S＋O22Cu＋SO2、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。

5．金属资源的合理开发利用

（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。

[新知探究]

1．金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。

2．金属冶炼的方法有哪些？

完成下表。

续表

3.工业上冶炼镁、铝的原理是什么？

可否电解熔融MgO和AlCl3制取镁、铝，为什么？

提示：

MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑，2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑。

MgO的熔点远高于MgCl2，而AlCl3属于共价化合物，熔融状态不导电，故工业上冶炼Mg、Al是电解熔融的MgCl2、Al2O3而不是电解MgO和AlCl3。

[名师点拨]

1．金属冶炼方法的选择

金属冶炼方法的选择依据是：

金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性。

金属活动性越强，金属阳离子的氧化性越弱，常用电解法；金属活动性越弱，金属阳离子的氧化性越强，用一般还原剂还原即可。

2．金属冶炼的三个步骤和目的

3.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

[对点演练]

1．下列金属冶炼的反应原理，不合理的是（　　）

A．2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑

B．MgO＋H2Mg＋H2O

C．FeO＋COFe＋CO2

D．2HgO2Hg＋O2↑

解析：

选B　镁是较活泼的金属，应用电解熔融MgCl2的方法冶炼。

[新知探究]

铝热反应实验探究

完成下列表格：

实验操作

续表

实验现象

镁带剧烈燃烧；铝热剂发生剧烈的反应；反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙子中

铝与氧化铁反应的化学方程式

Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3

（1）铝热反应中利用了铝的哪些性质？

提示：

还原性、反应放出大量的热及铝的熔点低。

（2）金属铝可用于还原哪些金属？

能否利用铝热反应冶炼镁？

提示：

能冶炼活动性比铝差的难熔金属。

不能利用铝热反应冶炼镁，原因是Mg比Al活泼。

（3）什么是铝热剂？

镁条和KClO3的作用是什么？

提示：

铝热剂是铝粉和某些金属氧化物（Fe3O4、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物。

镁条和KClO3的作用分别是引燃剂、助燃剂。

（4）引发铝热反应的操作是什么？

提示：

在铝热剂上放KClO3，插上镁条并将镁条点燃

（5）铝热反应有何应用？

提示：

冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。

[名师点拨]

　铝热反应的原理与特点

（1）反应原理：

铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，该反应是铝将金属氧化物中的金属置换出来的反应；反应的实质是铝将金属阳离子还原为金属单质。

（2）反应特点：

①高温；②剧烈燃烧，放出大量的热；③新生成的液态金属单质易与Al2O3（固态）分离。

[对点演练]

2．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

解析：

选B　Al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。

3．下列金属①铁　②钙　③锰　④钒　⑤铬，可用铝热法制备的有（　　）

A．①②④B．①②③⑤

C．①③④⑤D．①②③④⑤

解析：

选C　可用铝热法制备的金属通常具有较高的熔点，且不能比铝活泼。

　　　　　　　　　　　　　　　　　1．金属冶炼的实质是（　　）

A．金属元素失去电子

B．金属元素获得电子

C．金属元素被氧化了

D．金属元素可能被氧化了，也可能被还原了

解析：

选B　大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在，其化合价为正价，在冶炼过程中得电子被还原，故B项正确。

2．下列关于金属冶炼的说法不正确的是（　　）

A．热分解法适用于制备不活泼金属

B．热还原法的常用还原剂是C、H2、CO、Al等

C．熔融电解法适用于制备不活泼金属

D．水溶液中置换法适用于较活泼金属制取不活泼金属

解析：

选C　熔融电解法适用于制备活泼金属，热还原法适用于制备较活泼的金属，热分解法适用于制备不活泼金属。

3．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　金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度，金属冶炼的难易程度决定了金属被利用的先后顺序。

4．能用热分解法制得的金属是（　　）

A．FeB．Ag

C．MgD．Na

解析：

选B　热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼，它们的化合物大多数不稳定，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，受热难分解。

因此，比较活泼的钠、镁和铁不能够通过热分解法制得。

5．金属锂是密度最小的金属，等质量的金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。

已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是（　　）

A．电解法B．热还原法

C．热分解法D．铝热法

解析：

选A　可以根据金属活泼性与金属冶炼方法之间的联系解答本题，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，即采用电解法。

6．如图为铝热反应的实验装置，请回答有关问题：

（1）纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉混合物上面的物质为________。

（2）引发该铝热反应的操作为________________。

（3）若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？

________（填“能”或“不能”），理由是_______________。

（4）铝热反应的用途有哪些（列举两条）?

_______________，___________。

解析：

做铝热反应的实验时，要有引燃剂（镁带）、助燃剂（KClO3分解提供氧气）和反应物，反应物应该是铝粉与相对不活泼金属的氧化物。

答案：

（1）氯酸钾（或KClO3）

（2）在混合物中间插一根镁带，并用燃着的小木条点燃镁带

（3）不能　镁比铝活泼，铝不能置换镁

（4）用于焊接钢轨　冶炼某些熔点高的金属

一、选择题

1．下列说法中，不正确的是（　　）

A．金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来

B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂

C．金属由化合态变为游离态，都是被还原

D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱

解析：

选B　金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，A项正确；有的金属化合物在发生氧化还原反应冶炼金属的时候，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如HgO，B项错误；金属元素在化合物中一定显正价，当变成金属单质后，化合价就变为0，所以是被还原，C项正确；金属被发现和应用得早，说明该金属容易被还原，从而也说明这些金属的活动性一般是较弱的，D项正确。

2．下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是（　　）

A．O2、H2B．CO、C

C．CO2、H2OD．Al、Cu

解析：

选B　还原性强的物质（如Al、C、H2、CO等）在一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。

A中，O2是氧化剂；C中，CO2无还原性，D中，Cu活泼性比Fe弱。

3．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（　　）

选项

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：

选C　诗句“粉身碎骨浑不怕”，描述的是生石灰遇水由块状变成粉末状的过程，是化学过程。

4．铝能用于冶炼一些金属（如钒、铬、锰等），这是因为铝（　　）

A．既能与酸反应，又能与碱反应

B．导电性好

C．熔点低

D．还原性，在冶炼反应中放出大量的热量

解析：

选D　铝能用于冶炼一些金属，是因为铝有较强的金属性，可以将一些金属性较它弱的金属置换出来。

另外，在冶炼反应中放出大量的热量，使反应体系维持在高温状态，可以把一些金属性较弱的金属从它们难熔的金属氧化物中置换出来。

5．工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的Al2O3，然后得到铝。

而不是电解氯化铝，其主要原因是（　　）

A．AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电

B．电解AlCl3生成的Cl2会污染大气

C．用氢气还原氧化铝即可得到铝

D．AlCl3不存在

解析：

选A　AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电，A正确；生成Cl2会污染大气，但不是主要因素，B错误；铝是活泼金属只能利用电解法制取，C错误；固体、溶液中均存在氯化铝，D错误。

6．下列金属的冶炼过程中，需加入还原剂的是（　　）

A．HgO―→HgB．Al2O3―→Al

C．Ag2O―→AgD．CuSO4―→Cu

解析：

选D　在冶炼金属的方法中，只有热还原法需要加入还原剂。

这种方法适合冶炼金属活动性顺序表中间部分的金属如Fe、Cu，而后面的金属如Hg、Ag适合用热分解法，前面的金属如Al适合用电解法。

7．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

2HgO2Hg＋O2↑

热分解法

B

2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑

电解法

C

Cu2S＋O22Cu＋SO2

热分解法

D

Fe2O3＋2Al2Fe＋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。

8．（2016·信阳高一检测）用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（　　）

A．MnO2B．WO3C．Cr2O3D．Co3O4

解析：

选D　不必逐一写出化学方程式，分析金属元素的化合价变化即可。

在反应中金属氧化物被还原为单质，显然在氧化物中金