高中化學(xué) 4.1.1 金屬礦物的開發(fā)利用課件 新人教版必修2.ppt

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第四章第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 第1課時金屬礦物的開發(fā)利用 1 了解金屬在自然界中的存在形式 掌握金屬冶煉的一般方法和原理 2 掌握鋁熱反應(yīng)原理及實驗步驟 3 了解金屬回收和資源保護(hù)的意義 4 認(rèn)識和體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用 目標(biāo)導(dǎo)航 基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué) 重點難點探究 隨堂達(dá)標(biāo)檢測 欄目索引 分層訓(xùn)練 一 金屬的冶煉 基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué) 答案 1 金屬在自然界中存在的形態(tài)除了 等極少數(shù)金屬以外 絕大多數(shù)金屬以的形式存在于自然界 在這些金屬化合物中 金屬元素都顯化合價 2 金屬冶煉的原理金屬的冶煉是利用原理 在一定條件下 使金屬離子電子被還原成 從而獲得金屬單質(zhì) 即 Mn ne M 金 鉑 化合物 正 氧化還原反應(yīng) 得到 金屬原子 答案 3 金屬的冶煉方法 1 熱分解法 適用于金屬活動性順序表中及其以后的金屬 2 熱還原法 適用于金屬活動性順序表中 之間的金屬 2Hg O2 4Ag O2 Zn Cu 2Fe 3CO2 W 3H2O Al2O3 2Cr Hg 答案 3 電解法 適用于金屬活動性順序表中及其以前的金屬 提醒 1 電解熔融的NaCl和電解NaCl溶液的產(chǎn)物不同 2 工業(yè)上冶煉鎂是電解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔點比MgCl2的高 冶煉鋁是電解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共價化合物 熔融狀態(tài)不導(dǎo)電 Al 4Al 3O2 2Na Cl2 議一議1 判斷正誤 正確的打 錯誤的打 1 黃金的冶煉可用熱分解法 2 金屬陽離子被還原 一定會得到金屬單質(zhì) 3 工業(yè)上電解MgCl2溶液制取Mg 2 利用CO冶煉鐵的反應(yīng)是置換反應(yīng)嗎 答案3CO Fe2O32Fe 3CO2 不是置換反應(yīng) 答案 二 金屬礦物的開發(fā)利用 答案 1 合理開發(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) 2 有效利用金屬資源的途徑 1 提高金屬的利用率 減少金屬的使用量 2 加強金屬資源的回收和再利用 3 使用其他材料代替金屬材料 合理地開發(fā)利用 議一議請你列舉身邊常見的金屬制品的成分 并討論它們被人類使用的歷史 答案 1 銅 使用歷史悠久 2 鐵 比銅的使用稍晚 3 鋁 近代才開始廣泛使用 4 鎂合金 鋰電池 現(xiàn)代才開始使用 答案 返回 一 金屬冶煉的原理與方法 重點難點探究 例1下列金屬冶煉原理錯誤的是 解析Na Mg通常用電解法制取 Fe用還原劑法制取 Hg可用加熱其化合物的方法制取 Mg的活動性比H2強 H2不能置換出Mg B項錯 B 解析答案 1 金屬的冶煉原理金屬冶煉的實質(zhì)是使金屬化合物中的金屬陽離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)的過程 即 Mn ne M 2 金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系 歸納總結(jié) 3 常用的熱還原法 變式訓(xùn)練1冶煉金屬一般有下列四種方法 焦炭法 水煤氣 或氫氣 或一氧化碳 法 活潑金屬置換法 電解法 四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用 古代有 火燒孔雀石煉銅 濕法煉銅 現(xiàn)代有 鋁熱法煉鉻 從光鹵石中煉鎂 對它們的冶煉方法的分析不正確的是 A 用 B 用 C 用 D 用 解析答案 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)及金屬的活動性 發(fā)生的反應(yīng)分別是 Fe CuSO4 FeSO4 Cu 符合 答案B 二 鋁熱反應(yīng)例2如圖為鋁熱反應(yīng)的實驗裝置 請回答下列問題 1 該實驗裝置中還缺 引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作為 解析利用鎂條燃燒放熱從而引發(fā)鋁熱反應(yīng) 同時促使KClO3分解產(chǎn)生O2 使鎂條快速燃燒 鎂條和氯酸鉀 在混合物中間插一根鎂條 將氯酸鉀放在混合物上鎂條的周圍 點燃鎂條 解析答案 2 若將氧化鐵換成氧化鎂 該反應(yīng) 填 能 或 不能 發(fā)生 理由是 解析Mg比Al活潑 Al不能從MgO中置換出Mg 不能 鎂比鋁活潑 鋁不能置換鎂 3 鋁熱反應(yīng)的用途有哪些 用于焊接鋼軌 冶煉某些熔點高的金屬 答案 合理即可 解析答案 1 鋁熱反應(yīng) 1 概念 鋁和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) 2 原理 Al作還原劑 另一種氧化物作氧化劑 用鋁將氧化物中的金屬置換出來 3 鋁熱劑 鋁粉和某些金屬氧化物 Fe3O4 Cr2O3 V2O5等 組成的混合物 4 反應(yīng)特點 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 歸納總結(jié) 5 應(yīng)用 冶煉難熔的相對較不活潑的金屬 如V Cr Mn等 焊接鋼軌等 2 鋁熱反應(yīng)實驗 相關(guān)視頻 變式訓(xùn)練2如圖所示 用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀 套在一起 使四周都有四層 把內(nèi)層漏斗取出 在底部剪一個孔 用水潤濕 再跟另一紙漏斗套在一起 架在鐵圈上 下面放置盛沙的蒸發(fā)皿 把5g炒干的氧化鐵粉末加2g鋁粉混合均勻 放在紙 漏斗中 上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條 用小木條點燃鎂條 觀察發(fā)生的現(xiàn)象 通過以上實驗信息 回答下列問題 1 寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 在該反應(yīng)中 填化學(xué)式 下同 是氧化劑 是還原劑 該反應(yīng)稱為 反應(yīng) 答案 2Al Fe2O32Fe Al2O3 Fe2O3 Al 鋁熱 2 選出該實驗的實驗現(xiàn)象 填寫在橫線上 鎂條劇烈燃燒 放出大量的熱 并發(fā)出耀眼的光芒 火星四射 紙漏斗的下部被燒穿 有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上 液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w 答案 3 寫出下列操作或物質(zhì)的作用 內(nèi)層紙漏斗底部剪一個孔 蒸發(fā)皿盛沙 鎂條 氯酸鉀 防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿 同時防止濺落物迸濺過遠(yuǎn)對周圍人 使熔融物易于落下 造成傷害 引燃劑 引起氯酸鉀分解 助燃劑 為鎂條繼續(xù)燃燒提供氧氣 引發(fā)鋁熱反應(yīng) 4 如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵 答案 答案用磁鐵吸引生成物 磁鐵上有黑色物質(zhì)被吸附 則證明生成物中有金屬鐵 返回 1 下列金屬元素在自然界中可以以游離態(tài)形式存在的是 A KB NaC CaD Au D 隨堂達(dá)標(biāo)檢測 1 2 3 4 5 答案 2 下列說法錯誤的是 A 對廢舊金屬的最好處理方法是回收 再利用B 提煉金屬要經(jīng)過礦石的富集 冶煉 精煉三步C 活潑金屬的冶煉都是通過電解其鹽溶液D 熱還原法中還原劑有焦炭 一氧化碳 氫氣和活潑金屬等 1 2 3 4 5 解析活潑金屬的冶煉是電解其熔融鹽 如MgCl2 NaCl等 或熔融氧化物 如Al2O3等 制得的 電解其鹽溶液得不到金屬單質(zhì) C錯誤 C 解析答案 3 用鋁熱法還原下列化合物 若獲得金屬各1mol 消耗鋁最少的是 A MnO2B Cr2O3C WO3D CuO 解析答案 1 2 3 4 5 解析制備1mol金屬 根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等的原理 金屬離子得電子數(shù)越多 需要鋁的質(zhì)量越大 而生成1mol金屬 該金屬在化合物中化合價越高 則消耗鋁越多 反之則越少 在這四種化合物中只有D項中Cu的化合價最低 故選D D 4 以輝銅礦 Cu2S 為原料冶煉銅 其反應(yīng)原理可表示為Cu2S O22Cu SO2 下列說法不正確的是 A 化合價發(fā)生變化的元素有3種B Cu2S在該反應(yīng)中既是氧化劑又是還原劑C 1molO2參加反應(yīng)時 上述反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)的量為4molD SO2被分離 回收后氧化生成SO3 作為制取硫酸的原料 解析答案 1 2 3 4 5 解析分析反應(yīng)中化合價的變化 反應(yīng)過程中Cu S O三種元素的化合價均發(fā)生改變 Cu2S中Cu元素化合價降低 S元素化合價升高 因此Cu2S既是氧化劑又是還原劑 根據(jù)S元素化合價的改變可知 當(dāng)1molO2參加反應(yīng)時 共轉(zhuǎn)移電子6mol SO2催化氧化可得SO3 SO3被水吸收可得H2SO4 1 2 3 4 5 答案C 5 1 Al與Fe3O4發(fā)生鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式為 該反應(yīng)中氧化劑是 還原劑是 2 工業(yè)上電解冶煉鋁的化學(xué)方程式為 若電路中通過1mol電子 可以得到Al g 返回 1 2 3 4 5 8Al 3Fe3O44Al2O3 9Fe Fe3O4 Al 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 9 答案 基礎(chǔ)過關(guān) 分層訓(xùn)練 題組1金屬及其冶煉方法的選擇 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 如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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析答案 A 金屬的導(dǎo)電性強弱B 金屬在地殼中的含量多少C 金屬的化合價高低D 金屬的活動性強弱 解析由于人類掌握科學(xué)知識的局限性 越活潑的金屬越難以冶煉 故發(fā)現(xiàn)年代越晚 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析活潑金屬K Ca Na Mg Al等用電解法冶煉 中等活潑金屬Zn Fe Sn Pb Cu等用熱還原法冶煉 不活潑金屬Hg Ag利用熱分解法冶煉 故A B D正確 C錯誤 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 已知酸性條件下有如下反應(yīng) 2Cu Cu2 Cu 由于反應(yīng)溫度不同 用氫氣還原氧化銅時 可能產(chǎn)生Cu或Cu2O 兩者都是紅色固體 一同學(xué)對某次用氫氣還原氧化銅實驗所得的紅色固體產(chǎn)物作了驗證 實驗操作和實驗現(xiàn)象記錄如下 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由此推出本次氫氣還原氧化銅實驗的產(chǎn)物 A 是CuB 是Cu2OC 一定有Cu 一定有Cu2OD 一定有Cu2O 可能有Cu 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析濃H2SO4 加熱 硝酸均能氧化Cu或Cu2O 而稀H2SO4與Cu不反應(yīng) 與Cu2O反應(yīng) 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 下列冶煉方法中 不能將化合物中的金屬元素還原為金屬單質(zhì)的是 A 加熱Al2O3B 加熱HgOC 電解熔融NaClD 鋁粉和Fe2O3共熱 解析金屬鈉是活潑金屬 用電解法制取 汞用加熱HgO制取 加熱Al2O3難以分解 鋁粉和Fe2O3組成鋁熱劑 可將Fe2O3中的鐵還原成單質(zhì) A 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 下列化工生產(chǎn)原理錯誤的是 可以電解熔融的氯化鈉來制取金屬鈉 可以將鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂 用電解法冶煉鋁時 原料是氯化鋁 煉鐵時高爐中所發(fā)生的反應(yīng)都是放熱的 故無需加熱A B C D 解析鈉特別活潑 加入氯化鎂溶液時鈉先與水反應(yīng)生成NaOH和H2 Mg2 和OH 反應(yīng)生成Mg OH 2沉淀 錯 冶煉鋁使用的是Al2O3 錯 高爐煉鐵中所發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng) 但仍需要高溫 錯 D 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6 金屬K與Na金屬性相近 用K與鈉鹽共熔時 很難將Na從混合物中分離 若調(diào)整溫度到一定程度 則可用Na與KCl反應(yīng)制取金屬K 已知四種物質(zhì)的熔 沸點如下 根據(jù)平衡移動原理可推知 用Na與KCl反應(yīng)制K的適宜溫度是 A 97 8 770 B 770 774 C 774 882 9 D 1413 1500 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析在金屬活動性順序表中 Na排在K的后面 似乎不能從K的熔融鹽中置換出K 但將Na與KCl共熔 其共熔體中Na K Cl 和e 自由移動 如果繼續(xù)加熱 則Na K NaCl和KCl首先沸騰者先逸出 工業(yè)上 就是采用這種原理用Na還原K的 因為K的沸點比Na NaCl KCl的沸點都低 且低于NaCl的熔點 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 題組2鐵的冶煉7 實驗室欲使1 6g氧化鐵完全還原 事先應(yīng)準(zhǔn)備的CO在標(biāo)況下的體積為 A 672mLB 336mLC 大于672mLD 小于336mL 解析由3CO Fe2O32Fe 3CO2可知消耗CO672mL 但氣體與固體反應(yīng)不充分 反應(yīng)前要先通入一會兒CO趕盡空氣 Fe冷卻要在CO的氣氛中 故CO實際用量應(yīng)大于672mL C 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8 鐵是地殼中含量很豐富的元素 金屬鐵是在高爐中冶煉的 在冶金工業(yè)中 常用焦炭來冶煉鐵 1 寫出焦炭在高爐中所參與的兩個反應(yīng)的化學(xué)方程式 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 寫出赤鐵礦被CO還原成鐵的化學(xué)方程式 3 實驗室中可用CO還原Fe2O3 在加熱Fe2O3前應(yīng) 直到無 現(xiàn)象時才能點燃酒精燈加熱 否則可能發(fā)生 現(xiàn)象 未反應(yīng)完全的CO 填 能 或 不能 排放到大氣中 應(yīng)做 處理 解析加熱Fe2O3之前應(yīng)先檢驗CO的純度 否則會發(fā)生爆炸 由于CO有毒 故未完全反應(yīng)的CO應(yīng)點燃 以防污染環(huán)境 驗純 爆鳴 爆炸 不能 點燃 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 題組3稀有金屬的冶煉9 諾貝爾化學(xué)獎獲得者施羅克等人發(fā)現(xiàn)金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復(fù)分解催化劑 工業(yè)上冶煉鉬的化學(xué)反應(yīng)過程為 2MoS2 7O22MoO3 4SO2 MoO3 2NH3 H2O NH4 2MoO4 H2O NH4 2MoO4 2HCl H2MoO4 2NH4Cl H2MoO4MoO3 H2O 用還原劑將MoO3還原成金屬鉬 則下列說法正確的是 A MoS2煅燒產(chǎn)生的尾氣可直接排放B MoO3是金屬氧化物 也是堿性氧化物C H2MoO4是一種強酸D 利用H2 CO和Al分別還原等量的MoO3 所消耗還原劑的物質(zhì)的量之比為3 3 2 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析A項明顯錯誤 生成物SO2對環(huán)境污染嚴(yán)重 B項 根據(jù) 中生成物 NH4 2MoO4可知 該化合物屬于鹽 對應(yīng)的酸是H2MoO4 故MoO3不屬于堿性氧化物 B項錯 C項 根據(jù)反應(yīng) H2MoO4是一種不溶性酸 溶液中c H 不可能很大 故H2MoO4不可能是強酸 D項 1molH2 1molCO和1molAl作還原劑時 失去的電子數(shù)分別為2mol 2mol和3mol 還原等量的MoO3轉(zhuǎn)移電子相同 此時n H2 n CO n Al 3 3 2 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10 鈦是一種活潑金屬 具有密度小 熔點高 可塑性強 機械強度高等性能 工業(yè)上常用硫酸分解鐵鈦礦石來制備二氧化鈦 用以冶煉鈦 主要有以下五個反應(yīng) FeTiO3 2H2SO4 TiOSO4 FeSO4 2H2O TiOSO4 2H2O H2TiO3 H2SO4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 針對以上五個反應(yīng) 下列敘述錯誤的是 A 反應(yīng) 是非氧化還原反應(yīng)B 反應(yīng) 生成了兩種酸C 反應(yīng) 中的TiO2是氧化劑D 反應(yīng) 表現(xiàn)了金屬鎂比金屬鈦的還原性強 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析在反應(yīng) 中沒有化合價的變化 反應(yīng) 中 化學(xué)式H2TiO3符合酸的一般化學(xué)式 它是鈦酸的化學(xué)式 反應(yīng) 中 鈦元素的化合價保持不變 氯氣是氧化劑 碳是還原劑 反應(yīng) 鎂是還原劑 鈦是還原產(chǎn)物 所以鎂的還原性強于鈦 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 鈦具有很強的耐腐蝕性 以下對其原因的分析正確的是 A 鈦是像金 鉑一樣的不活潑金屬B 金屬鈦的表面易形成致密的氧化膜C 鈦與氧氣 酸等腐蝕劑不反應(yīng)D 鈦有很高的強度 解析題目中一開始就指出 鈦是一種活潑的金屬 但是鈦耐腐蝕性強 聯(lián)系金屬鋁的性質(zhì) 鋁表面易形成致密的保護(hù)膜 阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 以此類推鈦 很容易選擇B B 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11 鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬 自遠(yuǎn)古時代人類就學(xué)會了煉鐵 到目前為止 人類研制出了很多煉鐵的方法 某研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在實驗室中模擬工業(yè)煉鐵的過程 實驗裝置如下 能力提升 1 寫出得到單質(zhì)鐵的化學(xué)方程式 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 實驗過程中看到玻璃管內(nèi)的粉末由紅棕色逐漸變黑 請設(shè)計一個實驗來驗證生成了單質(zhì)鐵 解析檢驗是否生成鐵單質(zhì) 在反應(yīng)結(jié)束后 待玻璃管內(nèi)的固體冷卻 取少量放于試管中 加少量鹽酸 若產(chǎn)生無色無味氣體 H2 則證明生成了單質(zhì)鐵 加少量鹽酸 若產(chǎn)生無色無味氣體 則證明生成了單質(zhì)鐵 答案合理即可 取少量粉末放于試管中 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 裝置末端氣球的作用 實驗結(jié)束時 應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO 原因是什么 解析反應(yīng)結(jié)束后 得到的鐵還是熾熱的 若先停止通入CO 會導(dǎo)致鐵又被氧化 所以 應(yīng)該先停止加熱 待玻璃管內(nèi)的固體冷卻后 再停止通入CO 收集CO 防止污染空氣 先停止加熱 防止生成的鐵再次被氧化 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 鈦 Ti 被稱為繼鐵 鋁之后的第三金屬 鈦白 TiO2 是目前最好的白色顏料 制備TiO2和Ti的原料是鈦鐵礦 我國的鈦鐵儲量居世界首位 含F(xiàn)e2O3的鈦鐵礦 主要成分為FeTiO3 制備TiO2流程如下 拓展探究 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 步驟 加Fe的目的是 步驟 冷卻的目的是 解析分析框圖知 鐵最終轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)品綠礬 所以要將 3價Fe轉(zhuǎn)化為 2價Fe 降溫減小FeSO4 7H2O的溶解度 有利于綠礬結(jié)晶 將Fe3 還原為Fe2 析出綠礬 FeSO4 7H2O 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 上述制備TiO2的過程中 可以利用的副產(chǎn)物是 考慮成本和廢物綜合利用因素 水浸后廢液中應(yīng)加入 處理 解析水浸后發(fā)生的離子反應(yīng)為TiO2 2H2O H2TiO3 2H 廢液主要呈酸性 所以應(yīng)加入CaO CaCO3或堿 綠礬 FeSO4 7H2O 生石灰 或碳酸鈣 廢堿 解析答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 由金紅石 TiO2 制取單質(zhì)鈦 Ti 涉及到的步驟為 反應(yīng)TiCl4 2Mg 2MgCl2 Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是 防止高溫下鎂或鈦與O2 N2等反應(yīng) 解析Ti和Mg易與空氣中O2 N2等反應(yīng) 故應(yīng)在Ar氣氛中進(jìn)行 解析答案 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12