8.1.1金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用課件高一下學(xué)期化學(xué)人教版

第一節(jié)自然資源的開(kāi)發(fā)利用目標(biāo)素養(yǎng)1.能基于金屬的化學(xué)活動(dòng)性認(rèn)識(shí)金屬在自然界中的存在形式,了解金屬的常用冶煉方法。2.了解鋁熱反應(yīng)原理及其重要應(yīng)用。3.能說(shuō)出海水水資源的重要用途,能基于物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化思想認(rèn)識(shí)從海水中提取氯化鈉、溴、鎂等以及從海帶中提取碘的基本原理和方法。4.能基于煤、石油、天然氣的組成和用途了解其綜合利用的主要途徑和方法。5.認(rèn)識(shí)化學(xué)在合理開(kāi)發(fā)和使用自然資源和能源中的重要作用、可持續(xù)發(fā)展的意義。知識(shí)概覽第1課時(shí)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、金屬的冶煉1.金屬在自然界中存在的形態(tài)。金屬元素—2.金屬冶煉的原理。金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是利用

氧化還原反應(yīng)

,使金屬礦物中的金屬陽(yáng)離子

得到電子

生成金屬單質(zhì)的過(guò)程,即Mn++ne-══M。

3.冶煉方法。

微解讀以單質(zhì)形式存在于自然界中的鉑、金等金屬,通常使用直接富集的方法獲取,不需要冶煉。工業(yè)上制取活潑金屬鉀通常用金屬鈉和氯化鉀在高溫下反應(yīng)制取;獲取單質(zhì)銅也可采用鐵粉與硫酸銅溶液反應(yīng)的方法(濕法冶銅)。微訓(xùn)練1下列金屬的冶煉方法中正確的是(

)。A.電解氯化鈉溶液冶煉金屬鈉B.電解熔融的氯化鋁冶煉金屬鋁C.將鐵粉與氧化鎂混合加熱冶煉鎂D.用氫氣還原氧化鐵冶煉鐵答案:D解析:冶煉金屬鈉應(yīng)電解熔融的氯化鈉,而不是電解氯化鈉溶液;冶煉金屬鋁應(yīng)電解熔融的氧化鋁,而不是電解氯化鋁;鐵不能將氧化鎂中的鎂還原出來(lái)。微訓(xùn)練2古代的“藥金”外觀與黃金相似,常被誤認(rèn)為是金子。其冶煉方法如下:將碳酸鋅、赤銅(Cu2O)、木炭混合加熱至800

℃,得到金光閃閃的“藥金”。(1)“藥金”的主要成分是

。

(2)有關(guān)冶煉的化學(xué)方程式是

、

、

。

解析:由石灰石的熱穩(wěn)定性可知,高溫下碳酸鋅分解生成氧化鋅和CO2,木炭將Cu2O、ZnO還原為金屬銅和鋅,故“藥金”的主要成分是銅、鋅。二、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1.合理開(kāi)發(fā)利用金屬資源。金屬的冶煉需要消耗大量的資源和能源,還會(huì)造成環(huán)境污染,地球上的金屬資源是有限的,是不可再生的,因此金屬資源應(yīng)

合理開(kāi)發(fā)和利用

。

2.有效利用金屬資源的途徑。(1)提高金屬礦物的利用率。(2)開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法。(3)防止金屬的腐蝕。(4)加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用。(5)使用其他材料代替金屬材料。微訓(xùn)練3下列說(shuō)法不正確的是(

)。A.每種金屬都有唯一對(duì)應(yīng)的冶煉方法B.金屬活動(dòng)性不同,冶煉方法也有所不同C.地球上金屬礦物資源是有限的,因此應(yīng)提高金屬礦物的利用率D.對(duì)廢舊金屬進(jìn)行回收和再利用,有利于保護(hù)環(huán)境答案:A解析:根據(jù)金屬活動(dòng)性及工藝需要等,一種金屬可以有不同的冶煉方法,如冶煉銅可有濕法和火法兩種,還可通過(guò)電解法精煉,A項(xiàng)錯(cuò)誤;金屬活動(dòng)性不同,金屬陽(yáng)離子被還原的難易程度就不同,則冶煉方法不同,B項(xiàng)正確;金屬資源是有限的,既要提高金屬礦物的利用率,又要回收利用廢舊金屬,C、D兩項(xiàng)正確。一

金屬的活動(dòng)性與冶煉方法問(wèn)題探究豎爐煉鐵也是一種重要的煉鐵方法,其工藝流程如圖所示。(1)赤鐵礦在還原反應(yīng)室中發(fā)生了哪些反應(yīng)?(2)金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是什么?人類(lèi)使用金屬的年代先后順序與金屬的活動(dòng)性有什么關(guān)系?提示:金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬化合物中的金屬陽(yáng)離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)。金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活動(dòng)性。金屬越活潑,冶煉時(shí)所需條件要求越高,在人類(lèi)歷史上出現(xiàn)的相對(duì)晚一些。金屬越不活潑,冶煉的方法越簡(jiǎn)單,人們使用的時(shí)間越早,所以有青銅、鐵器等時(shí)代的發(fā)展歷程。(3)從自然界中獲得金屬單質(zhì),是否都必須發(fā)生氧化還原反應(yīng)?提示:否。有些金屬單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,如金、鉑等,在自然界中主要以游離態(tài)形式存在,獲得這些金屬就不需要發(fā)生氧化還原反應(yīng)。重難歸納1.金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系。金屬的活動(dòng)性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子能力強(qiáng)→弱金屬離子得電子能力弱→強(qiáng)主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法富集法2.常用的熱還原法。

典例剖析【例1】金屬材料在日常生活、生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,下列關(guān)于金屬的說(shuō)法不正確的是(

)。A.越活潑的金屬越難冶煉B.合金的性質(zhì)與其成分金屬的性質(zhì)不完全相同C.金屬冶煉的本質(zhì)是金屬陽(yáng)離子得到電子變成金屬原子D.工業(yè)上金屬M(fèi)g、Al都是用電解熔融的氯化物制得的答案:D解析:金屬冶煉的本質(zhì)是金屬陽(yáng)離子得到電子被還原成金屬原子,因此金屬越活潑,對(duì)應(yīng)金屬陽(yáng)離子氧化性越弱,則金屬越難冶煉,A、C正確;一般合金要比各成分金屬的熔點(diǎn)低,硬度大,B正確;因AlCl3在熔融態(tài)不導(dǎo)電,因此不能用電解AlCl3的方法來(lái)冶煉鋁,而通常用熔融的Al2O3,D錯(cuò)誤。學(xué)以致用1.下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是(

)。答案:C解析:活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等可用電解法冶煉,中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等可用熱還原法冶煉,不活潑金屬Hg、Ag可利用熱分解法冶煉,故A、B、D正確;C項(xiàng)不屬于分解反應(yīng),錯(cuò)誤。2.冶煉金屬一般有下列四種方法:①焦炭法,②水煤氣(或氫氣或一氧化碳)法,③活潑金屬置換法,④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅,(Ⅱ)濕法煉銅,現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻,(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂。下列對(duì)它們的冶煉方法的分析不正確的是(

)。A.(Ⅰ)用①

B.(Ⅱ)用②C.(Ⅲ)用③

D.(Ⅳ)用④答案:B解析:選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活動(dòng)性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)發(fā)生的反應(yīng)分別是(Ⅳ):先從光鹵石中提取MgCl2,再電解熔融MgCl2:二

鋁熱反應(yīng)問(wèn)題探究當(dāng)鐵軌有縫隙時(shí),維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點(diǎn)燃,讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫中,冷卻后就將鐵軌牢牢地黏結(jié)在一起,實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫焊接”。(1)請(qǐng)用化學(xué)方程式表示“無(wú)縫焊接”的原理。提示:高溫條件下,鋁粉與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),化學(xué)方程式為Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe。(2)鋁粉與其他金屬的氧化物也可發(fā)生類(lèi)似的反應(yīng)。鋁粉與氧化鎂能否發(fā)生類(lèi)似上述反應(yīng)?其他金屬的活動(dòng)性與鋁的活動(dòng)性應(yīng)有怎樣的強(qiáng)弱關(guān)系?提示:因活動(dòng)性Mg>Al,故鋁粉不能與氧化鎂發(fā)生類(lèi)似反應(yīng)。其他金屬的活動(dòng)性應(yīng)比鋁的活動(dòng)性弱。(3)用鋁粉與P2O5能否發(fā)生類(lèi)似上述反應(yīng)?提示:不能。只限于比鋁活動(dòng)性弱的金屬的氧化物與鋁粉的反應(yīng)。重難歸納1.鋁熱反應(yīng)的原理。定義鋁與某些金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)原理鋁作還原劑,另一種金屬氧化物作氧化劑,用鋁將金屬氧化物中的金屬置換出來(lái)鋁熱劑鋁粉和某些金屬氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5、MnO2等)組成的混合物反應(yīng)特點(diǎn)在高溫下進(jìn)行,反應(yīng)迅速并放出大量的熱,新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離應(yīng)用冶煉熔點(diǎn)較高的相對(duì)較不活潑的金屬(Cr、V、Mn等)、焊接鋼軌等2.鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。典例剖析【例2】利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌是利用(

)。A.鋁與氧氣反應(yīng)生成穩(wěn)定的保護(hù)層B.鋁是熱的良導(dǎo)體C.鋁是強(qiáng)還原劑,鋁熱反應(yīng)放熱D.鋁合金強(qiáng)度大答案:C解析:鋁是強(qiáng)還原劑,鋁熱反應(yīng)放出大量的熱,可達(dá)到很高的溫度,生成了液態(tài)鐵,從而將鋼軌焊接在一起。學(xué)以致用3.如圖為鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)該實(shí)驗(yàn)中常在氧化鐵和鋁粉的混合物表面撒上少量KClO3,再插入燃著的鎂條以引發(fā)反應(yīng)。KClO3所起的作用是

。

(2)若將氧化鐵換成氧化鈣,該反應(yīng)

(填“能”或“不能”)發(fā)生,理由是

。

(3)鋁熱反應(yīng)的用途有哪些?

。

答案:(1)作助燃劑,分解產(chǎn)生氧氣,促使鎂條快速燃燒(2)不能鈣比鋁活潑,鋁不能置換鈣(3)用于焊接鋼軌;冶煉某些熔點(diǎn)高的金屬(答案合理即可)解析:(1)利用鎂條燃燒放熱從而引發(fā)鋁熱反應(yīng),同時(shí)促使KClO3分解產(chǎn)生O2,使鎂條快速燃燒。(2)Ca比Al活潑,Al不能從CaO中置換出Ca。1.下列關(guān)于金屬冶煉的說(shuō)法正確的是(

)。A.工業(yè)上常用電解NaOH水溶液制取金屬鈉B.工業(yè)上常用電解熔融MgO制取金屬鎂C.工業(yè)上常用CO高溫條件下還原Fe2O3制取FeD.工業(yè)上常用金屬鈉與TiCl4溶液反應(yīng)制取金屬Ti答案:C解析:工業(yè)上常用電解熔融狀態(tài)的氯化鈉制取金屬鈉,A項(xiàng)錯(cuò)誤;MgO熔點(diǎn)較高,不適宜通過(guò)電解熔融MgO制備鎂,工業(yè)上常采用電解熔融MgCl2制備金屬鎂,其電解方程式為MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑,B項(xiàng)錯(cuò)誤;工業(yè)上在高溫下用CO還原含F(xiàn)e2O3的鐵礦石煉鐵,C項(xiàng)正確;鈉與溶液中的水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣,因此不能用鈉與TiCl4溶液反應(yīng)制取金屬Ti,工業(yè)上利用鈉的強(qiáng)還原性,采用鈉與熔融的TiCl4反應(yīng)的方法制取金屬Ti,D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.工業(yè)煉鐵是在高爐中進(jìn)行的,高爐煉鐵的主要反應(yīng)是:該煉鐵工藝中,焦炭的實(shí)際使用量要高于按照化學(xué)方程式計(jì)算所需,其主要原因是(

)。A.CO過(guò)量

B.CO與鐵礦石接觸不充分C.煉鐵高爐的高度不夠

D.CO與Fe2O3的反應(yīng)有一定限度答案:D解析:高爐煉鐵的反應(yīng)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2為可逆反應(yīng),所以對(duì)焦炭的實(shí)際使用量要高于按化學(xué)方程式計(jì)算所需。3.在冶金工業(yè)上,均能用熱還原法制得的一組金屬是(

)。A.Na、Mg、Al B.Na、Zn、FeC.Zn、Fe、Cu D.Mg、Al、Zn、Fe答案:C解析:Na、Mg、Al的冶煉方法為電解法;Zn、Fe、Cu的冶煉方法為熱還原法。4.已知一些金屬單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與其金屬活動(dòng)性存在著某種必然的聯(lián)系,請(qǐng)你推測(cè)下列事件發(fā)生在鐵器時(shí)代之前的是(

)。A.金屬鋁的冶煉

B.青銅器時(shí)代C.金屬鉀的使用

D.戴維發(fā)現(xiàn)金屬鈉答案:B解析:金屬單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和使用與金屬活動(dòng)性順序有關(guān)。金屬越不活潑,越易被還原成金屬單質(zhì),被發(fā)現(xiàn)和使用的越早。比鐵不活潑的金屬在四個(gè)選項(xiàng)中只有Cu,B項(xiàng)符合題意。5.研究發(fā)現(xiàn)用鋁熱法可從下列氧化物中冶煉出有關(guān)金屬,若要制得等物質(zhì)的量的有關(guān)金屬單質(zhì),需要消耗單質(zhì)鋁最多的是(

)。A.MnO2 B.V2O5 C.Cr2O3 D.WO3答案:D解析:設(shè)得到的金屬單質(zhì)的物質(zhì)的量均為1

mol,A項(xiàng)MnO2→Mn,化合價(jià)由+4價(jià)變?yōu)?價(jià),化合價(jià)降低4價(jià),生成1

mol金屬錳需要得到4

mol電子;B項(xiàng)V2O5→V,化合價(jià)從+5價(jià)變?yōu)?價(jià),化合價(jià)降低5價(jià),生成1

mol

V需要得到5

mol電子;C項(xiàng)Cr2O3→Cr,化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?價(jià),化合價(jià)降低3價(jià),生成1

mol

Cr需要得到3

mol電子;D項(xiàng)WO