2018秋高中化學(xué) 第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 4.1.1 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源學(xué)案 新人教版必修2.doc

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第1課時　金屬礦物的開發(fā)利用 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解金屬冶煉的實質(zhì)、方法。 2.通過比較不同金屬的冶煉,理解不同金屬冶煉方法不同的原因。 3.了解金屬的回收利用與資源的保護(hù)。 自主學(xué)習(xí) 1.金屬在自然界中的存在形態(tài) 金、鉑等少數(shù)金屬以　　　　的形式存在,絕大多數(shù)金屬以　　　　的形式存在于自然界中。 2.金屬的冶煉原理 金屬的冶煉就是將金屬礦物中的金屬從其　　　　中　　　出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程。 3.金屬的冶煉方法 (1)熱分解法:對于一些不活潑的金屬,可以用直接加熱分解的方法從其化合物中還原出來。 例如: 加熱分解HgO冶煉Hg:　　　　　　　　　　(寫化學(xué)方程式,下同); 加熱分解Ag2O冶煉Ag:　　　　　　　　　　　。 (2)電解法:適用于非?！　　　　〉慕饘俚囊睙?。 例如: 電解熔融NaCl冶煉Na:　　　　　　　　　　(寫化學(xué)方程式,下同); 電解熔融MgCl2冶煉Mg:　　　　　　　　　　; 電解熔融Al2O3冶煉Al:　　　　　　　　　　。 (3)熱還原法:大部分金屬的冶煉都是通過在高溫下發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來完成的。 ①常用的還原劑有　　　、　　　、　　　等。 例如: Fe2O3+CO——　　　　　　　　　(補(bǔ)充完整化學(xué)方程式,下同); CuO+C——　　　　　　　　　。 ②一些　　　　也可作還原劑,將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來。 例如: 鋁熱法煉鐵:　　　　　　　　　　　　(寫化學(xué)方程式)。 4.有效利用金屬資源的途徑 提高金屬礦物的　　　　,減少金屬的　　　　,加強(qiáng)金屬資源的　　　　,使用　　　　代替金屬材料等。 課內(nèi)探究 1.金屬冶煉的定義及實質(zhì) 閱讀課本第88頁相關(guān)內(nèi)容,回答以下問題: 金屬元素在自然界中的存在形式是什么?什么是金屬的冶煉?從金屬活動性順序來看,金屬冶煉的實質(zhì)是什么? 2.金屬冶煉的方法 【思考交流】不同的金屬冶煉方法是否相同?金屬冶煉的方法有哪些?完成下表。 金屬活動性順序 K　Ca　Na　Mg　Al Zn　Fe　Sn　Pb　(H)　Cu Hg　Ag 金屬原子失電子能力 金屬離子得電子能力 主要冶煉方法 【實驗探究】 探究實驗41　鋁熱反應(yīng) (1)把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起,取出內(nèi)層濾紙,在其底部剪一小孔后用水潤濕,再套回原處,并架在鐵圈上(如課本圖41所示),下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。 (2)將5 g干燥的氧化鐵粉末和2 g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中,在混合物上面加少量氯酸鉀固體,中間插一根用砂紙打磨過的鎂帶。 (3)用燃著的小木條點燃鎂帶,觀察現(xiàn)象(反應(yīng)時會產(chǎn)生高溫、發(fā)出強(qiáng)光,觀察時請注意安全,不要直視)。 現(xiàn)象 鋁與氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式 【思考】金屬活動性順序與金屬冶煉有何關(guān)系?為什么人類使用鐵器比銅器晚? 【遷移應(yīng)用】1.從石器、青銅器到鐵器時代,金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展水平。下圖表示了三種金屬被人類開發(fā)利用的大致年限,之所以有先后,主要取決于(　　) A.金屬導(dǎo)電性強(qiáng)弱　　　　　　　　　B.金屬在地殼中含量多少 C.金屬的化合價高低 D.金屬的活動性強(qiáng)弱 2.下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是(　　) 選項 冶煉原理 方法 A 2HgO2Hg+O2↑ 熱分解法 B 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 電解法 C Cu2S+O22Cu+SO2 熱分解法 D Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 熱還原法 隨堂檢測 1.有關(guān)金屬(除鉑、金外)的冶煉原理下列說法正確的是(　　) A.肯定發(fā)生的是置換反應(yīng)　　　　　　　　　B.肯定發(fā)生的是分解反應(yīng) C.肯定發(fā)生的是氧化還原反應(yīng) D.只能用金屬作還原劑冶煉金屬 2.金屬鋰是密度最小的金屬,等質(zhì)量的金屬,鋰可以釋放出更多的電子,故常用來制造高性能電池。已知鋰的金屬活動性介于鈉和鎂之間,則冶煉金屬鋰應(yīng)采用的方法是(　　) A.電解法 B.熱還原法 C.熱分解法 D.鋁熱法 3.冶煉金屬一般有三種方法,則冶煉銀、鐵、鈉應(yīng)分別采用(　　) A.熱分解法、熱還原法、電解法 B.熱還原法、熱分解法、電解法 C.電解法、熱分解法、熱還原法 D.電解法、熱還原法、熱分解法 4.均能使氧化鐵還原成鐵的一組物質(zhì)是(　　) A.CO、O2、H2 B.CO、H2、C C.CO2、H2O、O2 D.CO2、C、O2 5.能用鋁為原料來冶煉難熔的金屬是因為(　　) A.鋁的密度小,熔點較低 B.鋁在空氣中燃燒,放出大量的熱 C.在金屬活動性順序中鋁排在前面 D.鋁具有還原性,發(fā)生氧化還原反應(yīng)時放出大量的熱 6.下列說法中不正確的是(　　) A.有些活潑金屬如鋁可作熱還原法的還原劑 B.用電解熔融NaCl的方法來冶煉金屬鈉 C.可用焦炭或一氧化碳還原氧化鋁的方法來冶煉鋁 D.回收舊金屬可以重新制成金屬或它們的化合物 7.在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的溶液中加入適量鋅粉,首先置換出的是(　　) A.Mg B.Cu C.Ag D.H2 8.工業(yè)上冶煉金屬一般用熱分解法、熱還原法和電解法。由于金屬的化學(xué)活動性不同,因此選用的冶煉方法也就不同。你認(rèn)為這些方法的選擇主要是依據(jù)(　　) A.金屬在自然界中的存在形式 B.金屬元素在地殼中的含量 C.金屬陽離子得電子的能力 D.金屬熔點的高低 9.下列各種冶煉方法中,可制得相應(yīng)的金屬的是(　　) A.加熱氧化鋁 B.加熱碳酸鈣 C.電解熔融氯化鈉 D.氯化鈉與鋁粉高溫共熱 10.能用熱分解法制得的金屬是(　　) A.Fe B.Ag C.Mg D.Na 參考答案 自主學(xué)習(xí) 1.單質(zhì)　化合物 2.化合物　還原 3.(1)2HgO2Hg+O2↑　2Ag2O4Ag+O2↑　(2)活潑　2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑　MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑　2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑　(3)①焦炭　一氧化碳　氫氣　Fe2O3+3CO2Fe+3CO2　2CuO+C2Cu+CO2↑　②活潑金屬　Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 4.利用率　使用量　回收和再利用　其他材料 課內(nèi)探究 1.少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬元素,在自然界中能以單質(zhì)形式存在,如金和鉑;絕大多數(shù)較活潑的金屬元素以化合物的形式存在,如鋁主要存在于鋁土礦中。 將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程,在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。 由于化合物中的金屬元素都是以正化合價存在,所以在金屬冶煉的過程中,金屬元素要經(jīng)過一個被還原的過程。金屬冶煉的實質(zhì)是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。 2.【思考交流】 金屬活動性順序 K　Ca　Na　Mg　Al Zn　Fe　Sn　Pb　(H)　Cu Hg　Ag 金屬原子失電子能力 逐漸減弱 金屬離子得電子能力 逐漸增強(qiáng) 主要冶煉方法 電解法 熱還原法 熱分解法 【實驗探究】 ①鎂條劇烈燃燒,并發(fā)出耀眼的白光。②引起混合物劇烈燃燒,發(fā)光發(fā)熱。③紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后,可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。 Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 【思考】 在金屬活動性順序中,金屬的位置越靠后,越容易被還原,用一般的還原方法就能使金屬還原;金屬的位置越靠前,越難被還原,最活潑金屬只能用最強(qiáng)的還原手段來還原。金屬使用的先后與金屬冶煉的難易有關(guān),金屬冶煉的難易與金屬活動性有關(guān),所以人類使用鐵器比銅器晚。 【遷移應(yīng)用】1.D　2.C 隨堂檢測 1.解析:金屬大部分以化合態(tài)存在于自然界中,且金屬元素?zé)o負(fù)化合價,所以金屬冶煉的實質(zhì)是將化合態(tài)金屬元素還原為游離態(tài),必定發(fā)生氧化還原反應(yīng),但不一定是置換反應(yīng),如CO還原Fe2O3。還原劑可以是金屬,如Fe還原CuSO4,也可以是非金屬,如H2還原CuO。 答案:C 2.解析:根據(jù)金屬冶煉與金屬活動性的關(guān)系,鋰的金屬活動性介于鈉和鎂之間,應(yīng)該與鈉、鎂的冶煉方法相同,即電解法。 答案:A 3.解析:不活潑的金屬一般采用熱分解法(如Ag、Hg的冶煉),活潑金屬采用電解法(如Na、Mg、Al的冶煉),介于活潑金屬與不活潑金屬之間的金屬采用熱還原法(如Cu、Fe的冶煉)等。 答案:A 4.解析:在金屬的冶煉中,還原氧化鐵需加入還原劑,在熱還原法中常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣等,另外一些活潑金屬也可作還原劑。氧氣、二氧化碳不能作還原劑。 答案:B 5.解析:利用鋁來冶煉難熔的金屬,一是利用在鋁熱反應(yīng)中,鋁表現(xiàn)出還原性,從而置換出其他金屬;二是利用鋁熱反應(yīng)能放出大量的熱,反應(yīng)所放出的熱量可以使生成的金屬熔化。 答案:D 6.解析:本題主要考查金屬的冶煉方法。鋁可以作還原劑冶煉一些高熔點的金屬,如Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,A項正確;金屬鈉用電解熔融NaCl的方法制取,B項正確;鋁是活潑金屬,很難用還原劑把它還原出來,應(yīng)該用電解熔融Al2O3的方法制取,C項不正確;D項正確。 答案:C 7.解析:本題主要考查氧化還原反應(yīng)的發(fā)生順序。根據(jù)金屬活動性順序可以判斷,還原性強(qiáng)弱順序:Mg>H2>Cu>Ag,則離子氧化性強(qiáng)弱順序:Ag+>Cu2+>H+>Mg2+,氧化性強(qiáng)的Ag+先參與反應(yīng),所以首先析出Ag。 答案:C 8.解析:金屬冶煉的一般原理是利用還原劑將金屬從其化合物中還原出來。根據(jù)金屬陽離子得電子能力的不同而用不同的方法,如不活潑的金屬一般采用熱分解法(如Ag、Hg的冶煉),活潑金屬采用電解法(如Na、Mg、Al的冶煉),介于活潑金屬與不活潑金屬之間的采用熱還原法(如Cu、Fe的冶煉)等。 答案:C 9.解析:鋁為活潑金屬,氧化鋁受熱很難分解,加熱氧化鋁不能制得鋁,A項不正確;鈣的化學(xué)性質(zhì)活潑,加熱碳酸鈣可得到分解產(chǎn)物氧化鈣,無法制得金屬鈣,B項不正確;電解熔融的氯化鈉可制得金屬鈉,C項正確;鈉比鋁活潑,氯化鈉與鋁不反應(yīng),D項不正確。 答案:C 10.解析:熱分解法一般用于很不活潑的銀、汞等金屬的冶煉,它們的化合物大多數(shù)不穩(wěn)定,受熱時能夠分解為相應(yīng)的金屬單質(zhì);而活潑金屬的化合物一般相當(dāng)穩(wěn)定,受熱難分解。因此,比較活潑的鈉、鎂和鐵不能通過熱分解法制得。 答案:B