2020版高中化学 第四章 化学与自然资源的开发利用 1.1 金属矿物的开发利用课件 新人教版必修2

第1课时金属矿物的开发利用课程目标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步骤。4．了解金属回收和资源保护的意义，认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。图说考点[新知预习]一、金属的冶炼1．金属在自然界中存在的形态(1)除了、等极少数金属以外，绝大多数金属以的形式存在于自然界。(2)在这些金属化合物中，金属元素都显化合价2．金属冶炼的原理金属冶炼的实质是根据，使金属矿物中的金属阳离子生成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。金铂化合物正氧化还原反应得到电子3．冶炼方法二、有效利用金属资源的途径1．提高金属的，减少金属的。2．加强金属资源的。3．使用其他代替金属材料。利用率使用量回收和再利用材料[即时性自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子()(2)黄金的冶炼可用热分解法()(3)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质()(4)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属()(5)工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的()(6)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应()√××××√2．下列金属元素在自然界中可以以游离态形式存在的是()A．KB．NaC．CaD．Au答案：D3．不同的金属，其冶炼方法也可能不同，主要原因是()A．金属的活动性不同B．金属在自然界中的分布不同C．金属在自然界中的存在形式不同D．金属在自然界中的含量不同答案：A4．在冶金工业上，均不能用化学还原剂制得的金属是()A．Na、Mg、AlB．Na、K、ZnC．Fe、Cu、AgD．Na、Ca、Cu解析：A项，钠、镁、铝都是活泼金属，工业上采用电解其熔融盐或氧化物的方法冶炼，正确；B项，锌属于较活泼金属，工业上可以采用热还原法冶炼，错误；C项，Fe、Cu可以采用热还原法冶炼，错误；D项，铜属于较不活泼金属，工业上可以采用热还原法冶炼，错误。答案：A技能素养提升点一由金属活动顺序判断金属冶炼方法[例1]冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法③活泼金属置换法④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④【解析】选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3=====△2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO=====△2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3=====高温Al2O3＋2Cr，符合③；(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑，符合④。【答案】B状元随笔金属冶炼方法的选择原则[提升1]下列金属冶炼的反应原理，符合生产实际的有()a．2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑b．MgO＋H2=====△Mg＋H2Oc．Fe2O3＋3H2=====高温2Fe＋3H2Od．2HgO=====△2Hg＋O2↑e．2AlCl3(熔融)=====通电2Al＋3Cl2↑f．CuO＋CO=====△Cu＋CO2g．TiCl4＋4Na=====高温4NaCl＋TiA．3项B．4项C．5项D．6项解析：本例涉及Na、Mg、Fe、Hg、Al、Cu、Ti这7种金属的冶炼方法。只有用电解熔融的NaCl获取Na，热分解法获取Hg，热还原法冶炼钛等3项是符合生产实际的。b、e项原理错误，c、f项不符合工业生产实际。答案：A[关键能力]金属活动性与冶炼方法的关系金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au金属原子失电子能力强→弱金属离子得电子能力弱→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法状元随笔常用的热还原法提升点二铝热反应及实验[例2]如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)该实验装置中还缺________________________。引发铝热反应的操作为_______________________________________________。镁条和氯酸钾在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应________(填“能”或“不能”)发生，理由是______________________________________________。(3)铝热反应的用途有哪些？________________________________________________。不能镁比铝活泼，铝不能置换镁用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属【解析】(1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。[提升2]如图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5g炒干的氧化铁粉末加2g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题。(1)写出该反应的化学方程式：_______________________________________；在该反应中，________(填化学式，下同)是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。(2)选出该实验的实验现象：________(填写在横线上)。①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3Fe2O3Al铝热①②③④(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：______________________________________________；蒸发皿盛沙：_____________________________；镁条：________________________________________；氯酸钾：_________________________________________。(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害引燃剂，引起氯酸钾分解助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。解析：(1)铝热反应为2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。(2)①②③④均为铝热反应的现象。(3)铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；为防正溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；反应中镁条提供热量使氯酸钾分解；氯酸钾分解引发铝热反应。[关键能力]1．铝热反应概念铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属元素置换出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物反应特点①在高温下进行；②反应迅速并放出大量的热；③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用①冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；②金属焊接，如焊接钢轨等状元随笔铝热反应实验注意点：(1)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人(5)实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤2．铝热反应实验实验装置实验现象(1)镁条剧烈燃烧；(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热形成性自评1．有关金属的冶炼原理下列说法正确的是()A．一定发生的是置换反应B．一定发生的是分解反应C．一定发生的是氧化还原反应D．只能用金属作还原剂冶炼金属答案：C2．下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是()A．CO、O2、H2B．CO、CO2、CC．CO2、H2O、O2D．Al、C、H2解析：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。答案：D3．下列说法错误的是()A．有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂B．加强热，使CuO在高温条件下分解可制备单质CuC．金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物解析：A项，铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3，正确；B项，制备单质Cu用热还原法制备，错误；C项，金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属原子，正确；D项，将旧金属回收，重新利用，变废为宝，正确。答案：B4．下列反应原理不符合工业实际的是()A．2Ag2O=====高温4Ag＋O2↑B．4Al＋3MnO2=====高温3Mn＋2Al2O3C．2MgO=====电解2Mg＋O2↑D．2CuO＋C=====高温2Cu＋CO2↑解析：根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。因为氧化镁的熔点很高，与电解熔融的氯化镁相比会消耗更多的能量。答案：C5．(1)Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为______________________________，该反应中氧化剂是____________，还原剂是____________。(2)工业上电解冶炼铝的化学方程式为____________________________________________。若电路中通过1mol电子，可以得到Al________g。8Al＋3Fe3O4=====高温4Al2O3＋9FeFe3O4Al2Al2O3(熔融)=====电解冰晶石4Al＋3O2↑9练后感悟常见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，尾气中的CO会污染环境铝热法可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属工业成本较高