4.1開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 （第1課時） 學案.doc

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。2掌握金屬的冶煉方法。3掌握鋁熱反應(yīng)原理及實驗。4了解金屬回收和資源保護的意義。5認識和體會化學在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用。1金屬活動性順序為k、ca、na、mg、al、zn、fe、sn、pb(h)、cu、hg、ag、pt、au_。2金屬的存在(1)地殼中含量最高的金屬元素是鋁，其次是鐵。(2)金、鉑等少數(shù)金屬以游離態(tài)的形式存在，絕大多數(shù)金屬以化合態(tài)的形式存在于自然界中。3金屬冶煉的含義：將金屬礦物中的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。 4常見金屬的冶煉方法(1)冶煉鋁的方法：電解法，化學方程式：。(2)冶煉鐵的方法：熱還原法、鋁熱法，化學方程式：fe2o33co2fe3co2 、fe2o32al2feal2o3。(3)冶煉銀的方法：熱分解法，化學方程式：2ag2o4ago2。(4)冶煉銅的方法：火法煉銅、濕法煉銅，化學方程式：cu2so22cuso2、fecuso4=feso4cu。5金屬資源的合理開發(fā)利用(1)提高金屬礦物的利用率。(2)減少金屬的使用量。(3)加強金屬資源的回收和再利用。(4)使用其他材料代替金屬材料。新知探究1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金屬冶煉的方法有哪些？完成下表。續(xù)表3.工業(yè)上冶煉鎂、鋁的原理是什么？可否電解熔融mgo和alcl3制取鎂、鋁，為什么？提示：mgcl2(熔融)mgcl2，2al2o3(熔融)4al3o2。mgo的熔點遠高于mgcl2，而alcl3屬于共價化合物，熔融狀態(tài)不導電，故工業(yè)上冶煉mg、al是電解熔融的mgcl2、al2o3而不是電解mgo和alcl3。名師點撥1金屬冶煉方法的選擇金屬冶煉方法的選擇依據(jù)是：金屬在自然界中的存在形態(tài)和金屬的活潑性。金屬活動性越強，金屬陽離子的氧化性越弱，常用電解法；金屬活動性越弱，金屬陽離子的氧化性越強，用一般還原劑還原即可。2金屬冶煉的三個步驟和目的3.常用的熱還原法各種熱還原法的優(yōu)缺點：優(yōu)點缺點h2還原法金屬純度高工業(yè)成本高co和c還原法工業(yè)成本低金屬純度低，產(chǎn)生污染性氣體co鋁熱法可以冶煉高熔點、難以冶煉的金屬工業(yè)成本較高對點演練1下列金屬冶煉的反應(yīng)原理，不合理的是( )a2nacl(熔融)2nacl2bmgoh2mgh2ocfeocofeco2d2hgo2hgo2解析：選b鎂是較活潑的金屬，應(yīng)用電解熔融mgcl2的方法冶煉。新知探究鋁熱反應(yīng)實驗探究完成下列表格：實驗操作續(xù)表實驗現(xiàn)象鎂帶劇烈燃燒；鋁熱劑發(fā)生劇烈的反應(yīng)；反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的白光；紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙子中鋁與氧化鐵反應(yīng)的化學方程式fe2o32al2feal2o3(1)鋁熱反應(yīng)中利用了鋁的哪些性質(zhì)？提示：還原性、反應(yīng)放出大量的熱及鋁的熔點低。(2)金屬鋁可用于還原哪些金屬？能否利用鋁熱反應(yīng)冶煉鎂？提示：能冶煉活動性比鋁差的難熔金屬。不能利用鋁熱反應(yīng)冶煉鎂，原因是mg比al活潑。(3)什么是鋁熱劑？鎂條和kclo3的作用是什么？提示：鋁熱劑是鋁粉和某些金屬氧化物(fe3o4、cr2o3、v2o5等)組成的混合物。鎂條和kclo3的作用分別是引燃劑、助燃劑。(4)引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作是什么？提示：在鋁熱劑上放kclo3，插上鎂條并將鎂條點燃(5)鋁熱反應(yīng)有何應(yīng)用？提示：冶煉難熔的相對較不活潑的金屬，如v、cr、mn等；焊接鋼軌等。名師點撥鋁熱反應(yīng)的原理與特點(1)反應(yīng)原理：鋁作還原劑，金屬氧化物作氧化劑，該反應(yīng)是鋁將金屬氧化物中的金屬置換出來的反應(yīng)；反應(yīng)的實質(zhì)是鋁將金屬陽離子還原為金屬單質(zhì)。(2)反應(yīng)特點：高溫；劇烈燃燒，放出大量的熱；新生成的液態(tài)金屬單質(zhì)易與al2o3(固態(tài))分離。對點演練2下列對鋁熱反應(yīng)的說法錯誤的是()a鋁熱劑中還原劑是鋁粉b鋁熱劑是純凈物c鋁與fe2o3可組成鋁熱劑d鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)解析：選bal和fe2o3可組成鋁熱劑，屬于混合物，其中鋁作還原劑，鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)。3下列金屬鐵鈣錳釩鉻，可用鋁熱法制備的有()abc d解析：選c可用鋁熱法制備的金屬通常具有較高的熔點，且不能比鋁活潑。1金屬冶煉的實質(zhì)是()a金屬元素失去電子b金屬元素獲得電子c金屬元素被氧化了d金屬元素可能被氧化了，也可能被還原了解析：選b 大多數(shù)金屬元素在自然界中以化合態(tài)形式存在，其化合價為正價，在冶煉過程中得電子被還原，故b項正確。 2下列關(guān)于金屬冶煉的說法不正確的是()a熱分解法適用于制備不活潑金屬b熱還原法的常用還原劑是c、h2、co、al等c熔融電解法適用于制備不活潑金屬d水溶液中置換法適用于較活潑金屬制取不活潑金屬解析：選c熔融電解法適用于制備活潑金屬，熱還原法適用于制備較活潑的金屬，熱分解法適用于制備不活潑金屬。3從金屬被利用的歷史來看，先是青銅器時代，而后是鐵器時代，鋁的利用是近幾百年的事。下列跟這個先后順序有關(guān)的是( )地殼中金屬元素的含量金屬活動性順序金屬的導電性金屬冶煉的難易程度金屬的延展性a bc d解析：選d金屬的活潑性決定了金屬冶煉的難易程度，金屬冶煉的難易程度決定了金屬被利用的先后順序。4能用熱分解法制得的金屬是( )afe bagcmg dna解析：選b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穩(wěn)定，受熱難分解。因此，比較活潑的鈉、鎂和鐵不能夠通過熱分解法制得。5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鋁熱法解析：選a可以根據(jù)金屬活潑性與金屬冶煉方法之間的聯(lián)系解答本題，鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，應(yīng)該與鈉、鎂的冶煉方法相同，即采用電解法。6如圖為鋁熱反應(yīng)的實驗裝置，請回答有關(guān)問題：(1)紙漏斗中鋪在氧化鐵和鋁粉混合物上面的物質(zhì)為_。(2)引發(fā)該鋁熱反應(yīng)的操作為_。(3)若將氧化鐵換成氧化鎂，該反應(yīng)能否發(fā)生？_(填“能”或“不能”)，理由是_。(4)鋁熱反應(yīng)的用途有哪些(列舉兩條)?_， _。解析：做鋁熱反應(yīng)的實驗時，要有引燃劑(鎂帶)、助燃劑(kclo3分解提供氧氣)和反應(yīng)物，反應(yīng)物應(yīng)該是鋁粉與相對不活潑金屬的氧化物。答案：(1)氯酸鉀(或kclo3)(2)在混合物中間插一根鎂帶，并用燃著的小木條點燃鎂帶(3)不能鎂比鋁活潑，鋁不能置換鎂(4)用于焊接鋼軌冶煉某些熔點高的金屬一、選擇題1下列說法中，不正確的是( )a金屬的冶煉，就是利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下將金屬從其化合物中還原出來b冶煉金屬時，必須加入一種物質(zhì)作為還原劑c金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，都是被還原d金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得越早，其活動性一般越弱解析：選b金屬的冶煉是將金屬化合物轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)，a項正確；有的金屬化合物在發(fā)生氧化還原反應(yīng)冶煉金屬的時候，自身既作氧化劑又作還原劑，不需要另加還原劑，如hgo，b項錯誤；金屬元素在化合物中一定顯正價，當變成金屬單質(zhì)后，化合價就變?yōu)?，所以是被還原，c項正確；金屬被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得早，說明該金屬容易被還原，從而也說明這些金屬的活動性一般是較弱的，d項正確。2下列各組物質(zhì)中，均能使fe2o3還原成單質(zhì)鐵的是( )ao2、h2bco、ccco2、h2o dal、cu解析：選b還原性強的物質(zhì)(如al、c、h2、co等)在一定條件下都能把鐵從其氧化物中還原出來。a中，o2是氧化劑；c中，co2無還原性，d中，cu活潑性比fe弱。3成語、詩詞話科學對下列成語或詩句所描述現(xiàn)象的解釋，你認為錯誤的是( )選項成語或詩句用化學知識解釋a唐代李白詩句“風吹柳花滿店香”這是生活中常見的一種分子擴散運動b“烈火見真金”金的性質(zhì)穩(wěn)定，在烈火中也不會發(fā)生反應(yīng)c明代于謙詩句“粉身碎骨渾不怕”它指石灰石碾碎成粉末狀的物理變化過程d成語“百煉成鋼”通過反復錘煉，減少鐵合金中碳元素的質(zhì)量分數(shù)解析：選c詩句“粉身碎骨渾不怕”，描述的是生石灰遇水由塊狀變成粉末狀的過程，是化學過程。4鋁能用于冶煉一些金屬(如釩、鉻、錳等)，這是因為鋁( )a既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)b導電性好c熔點低d還原性，在冶煉反應(yīng)中放出大量的熱量解析：選d鋁能用于冶煉一些金屬，是因為鋁有較強的金屬性，可以將一些金屬性較它弱的金屬置換出來。另外，在冶煉反應(yīng)中放出大量的熱量，使反應(yīng)體系維持在高溫狀態(tài)，可以把一些金屬性較弱的金屬從它們難熔的金屬氧化物中置換出來。5工業(yè)制備鋁一般是通過鋁土礦制得純凈的al2o3，然后得到鋁。而不是電解氯化鋁，其主要原因是( )aalcl3是共價化合物，其熔融態(tài)不導電b電解alcl3生成的cl2會污染大氣c用氫氣還原氧化鋁即可得到鋁dalcl3不存在解析：選aalcl3是共價化合物，其熔融態(tài)不導電，a正確；生成cl2會污染大氣，但不是主要因素，b錯誤；鋁是活潑金屬只能利用電解法制取，c錯誤；固體、溶液中均存在氯化鋁，d錯誤。6下列金屬的冶煉過程中，需加入還原劑的是()ahgohg bal2o3alcag2oag dcuso4cu解析：選d在冶煉金屬的方法中，只有熱還原法需要加入還原劑。這種方法適合冶煉金屬活動性順序表中間部分的金屬如fe、cu，而后面的金屬如hg、ag適合用熱分解法，前面的金屬如al適合用電解法。7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a2hgo2hgo2熱分解法b2al2o3(熔融)4al3o2電解法ccu2so22cuso2熱分解法dfe2o32al2feal2o3熱還原法解析：選c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，c項為火法煉銅。8(2016信陽高一檢測)用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1 mol，消耗鋁最少的是()amno2 bwo3 ccr2o3 dco3o4解析：選d不必逐一寫出化學方程式，分析金屬元素的化合價變化即可。在反應(yīng)中金屬氧化物被還原為單質(zhì)，顯然在氧化物中金屬化合價越高，變?yōu)閱钨|(zhì)時需獲得的電子數(shù)越多，消耗鋁越多；金屬化合價越低，得電子數(shù)越少，消耗鋁越少。選項提供的金屬氧化物中，金屬的化合價分別為：mn(4)，w(6)，cr(3)，co。co化合價最低，消耗鋁最少。9冶煉金屬一般有下列4種方法：焦炭法；水煤氣(或氫氣、一氧化碳)法；活潑金屬置換法；電解法。這4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(mgcl26h2o)中煉鎂。對它們的冶煉方法的分類，不正確的是( )a， b， c， d，解析：選b、發(fā)生的反應(yīng)分別是：.cu2(oh)2co32cuoco2h2oc2cuo2cuco2.fecuso4=feso4cu.2alcr2o3al2o32cr.先從光鹵石中提取mgcl2，再電解熔融的mgcl2；mgcl2(熔融)mgcl2。則屬于方法，屬于方法，屬于方法，屬于方法。10(2014新課標全國卷)下列反應(yīng)中，反應(yīng)后固體物質(zhì)增重的是()a氫氣通過灼熱的cuo粉末b二氧化碳通過na2o2粉末c鋁與fe2o3發(fā)生鋁熱反應(yīng)d將鋅粒投入cu(no3)2溶液解析：選b四個選項的反應(yīng)方程式及固體物質(zhì)質(zhì)量變化如下：ah2cuo cuh2o，固體質(zhì)量減小。8064b2co22na2o2=2na2co3o2，固體質(zhì)量增大。156212c2alfe2o3al2o32fe，固體質(zhì)量不變。dzncu(no3)2=cuzn(no3)2，固體質(zhì)量減小。656411(2016廣州高一檢測)氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉。下列說法不正確的是( )a電解熔融nacl制取金屬鈉的反應(yīng)中，鈉離子被還原，氯離子被氧化b濕法煉銅與火法煉銅的反應(yīng)中，銅元素都發(fā)生還原反應(yīng)c用磁鐵礦煉鐵的反應(yīng)中，1 mol fe3o4被co還原成fe，轉(zhuǎn)移9 mol ed鋁熱法還原鐵的反應(yīng)中，放出的熱量能使鐵熔化解析：選cfe3o4中3個fe共顯8價，故1 mol fe3o4被co還原成fe，轉(zhuǎn)移8 mol e，c項錯誤。12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)：fetio32h2so4=tioso4feso42h2otioso42h2o=h2tio3h2so4h2tio3tio2h2otio22c2cl2ticl42coticl42mg2mgcl2ti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：選c 在反應(yīng)中沒有化合價的變化，反應(yīng)中，化學式h2tio3符合酸的一般化學式，它是鈦酸的化學式。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)中，鎂是還原劑，鈦是還原產(chǎn)物，所以鎂的還原性強于鈦。二、非選擇題13粉末狀試樣a是由等物質(zhì)的量的mgo和fe2o3組成的混合物。進行如下實驗：取適量a進行鋁熱反應(yīng)，產(chǎn)物中有單質(zhì)b生成；另取20 g a全部溶于0.15 l 6.0 mol/l鹽酸中，得溶液c；將中得到的單質(zhì)b和溶液c反應(yīng)，放出1.12 l(標準狀況下)氣體，同時生成溶液d，還殘留有固體物質(zhì)b；用kscn溶液檢驗時，溶液d不變色。請?zhí)羁眨?1)引發(fā)鋁熱反應(yīng)的實驗操作是_，產(chǎn)物中單質(zhì)b是_。(2)中所發(fā)生的各反應(yīng)的化學方程式為_、_。(3)中所發(fā)生的各反應(yīng)的離子方程式為_、_。解析：mgo不能與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，所以發(fā)生的反應(yīng)是fe2o32al2feal2o3。中發(fā)生的反應(yīng)是fe2o36hcl=2fecl33h2o，mgo2hcl=mgcl2h2o。中發(fā)生的反應(yīng)是fe2fecl3=3fecl2，fe2hcl=fecl2h2。中加入kscn溶液不變色，說明fe3完全被還原為fe2，溶液d為mgcl2、fecl2的混合液。答案：(1)加少量kclo3，插上鎂帶并將其點燃fe(2)fe2o36hcl=2fecl33h2omgo2hcl=mgcl2h2o(3)fe2h=fe2h2 fe2fe3=3fe214孔雀石的主要成分為cuco3cu(oh)2，某同學設(shè)計從孔雀石中冶煉金屬銅的方案如下：將孔雀石粉碎后加過量的稀硫酸將反應(yīng)后的混合物過濾向濾液中加入一種金屬粉末根據(jù)上述實驗方案，試回答：(1)第步反應(yīng)中的現(xiàn)象為_。(2)第步中加入的金屬粉末是_，理由是_。(3)若向濾液中加入過量生石灰后，過濾，將沉淀加熱灼燒后再通入_氣體，可制得較純凈的銅。解析：孔雀石的主要成分是堿式碳酸銅，當加入過量稀硫酸時發(fā)生反應(yīng)，固體逐漸溶解，產(chǎn)生二氧化碳氣體、水和硫酸銅；為冶煉金屬銅，可加入過量的鐵粉，把銅從硫酸銅溶液中置換出來；若向濾液中加入過量生石灰后生成氫氧化銅，過濾，將氫氧化銅加熱后生成氧化銅，通入氫氣生成銅和水。答案：(1)固體溶解，有無色氣體生成，溶液變成藍色(2)fe鐵的活潑性比銅強，可從溶液中置換出銅(3)氫氣15以鋁土礦(主要成分氧化鋁)、鹽酸、氨水為主要原料制備金屬鋁，反應(yīng)原理如下：al2o36hcl=2alcl33h2o，alcl33nh3h2o=al(oh)33nh4cl，2al(oh)3al2o33h2o，_(完成該反應(yīng))，并指出該反應(yīng)中生成標準狀況下6.72 l氧氣，冶煉出鋁的物質(zhì)的量是_mol，利用冶煉出的鋁在高溫下與氧化鐵反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學方程式_。解析：據(jù)給出的反應(yīng)可知最后一步是電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，化學方程式是2al2o3(熔融)4al3o2，該反應(yīng)中生成標準狀況下6.72 l氧氣，即氧氣是6.72 l22.4 l/mol0.3 mol，故冶煉出鋁的物質(zhì)的量是0.3 mol430.4 mol，冶煉出的鋁在高溫下與氧化鐵反應(yīng)的化學方程式是2alfe2o32feal2o3。答案：2al2o3(熔融)4al3o20.42alfe2o32feal2o316(2016山東濱州高一檢測)如圖所示，a、b、c、d、e是單質(zhì)，g、h、i、f是b、c、d、e分別和a形成的化合物。已知：反應(yīng)cgbh能放出大量的熱，該反應(yīng)曾應(yīng)用于鐵軌的焊接；i是一種常見的溫室氣體，它和e可以發(fā)生反應(yīng)：2ei2fd，f中e元素的質(zhì)量分數(shù)為60%?；卮鹣铝袉栴}：(1)b是一種單質(zhì)，其元素在周期表中的位置是_。(2)化合物i的電子式_。(3)1.6 g g溶于鹽酸，得到的溶液與銅粉完全反應(yīng)，計算至少所需的銅粉的質(zhì)量_。(4)c與過量naoh溶液反應(yīng)的離子方程式為_，反應(yīng)后溶液與過量化合物反應(yīng)的離子方程式為_。(5)e在i中燃燒的方程式為_。解析：根據(jù)可知，這是鋁熱反應(yīng)，所以c是鋁，則h是氧化鋁，a是氧氣，g是三氧化二鐵，b就是鐵。常見的溫室氣體是co2，所以i是co2，則d是碳。能在co2中燃燒，且把co2中的碳置換出來的是鎂，即e是鎂，f是氧化鎂，氧化鎂中鎂元素的質(zhì)量分數(shù)是60%。答案：(1)第四周期第族(2)(3) 0.64 g(4)2al2oh2h2o=2alo3h2aloco22h2o=al(oh)3hco(5)2mgco