2020_2021學(xué)年高中化學(xué)第四章化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用1.1金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用課件新人教版必修2

1、第四章化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用 第一節(jié)開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源 第1課時(shí)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用,必備知識(shí)自主學(xué)習(xí),一、金屬的冶煉 1.金屬在自然界中存在的形態(tài) 地殼中含量最高的金屬元素是_,人類(lèi)最早使用的金屬是_,使用最廣泛的金 屬是_。,鋁,銅,鐵,2.金屬冶煉的原理和實(shí)質(zhì),3.冶煉方法,【自主探索】 (1)在自然界中金屬都是以化合態(tài)存在的。這種說(shuō)法是否正確? 提示:不正確。例如金在自然界中是以游離態(tài)形式存在的。 (2)(知識(shí)關(guān)聯(lián))在金屬中,鋁元素在地殼中的含量居第一位,為什么鋁的發(fā)現(xiàn)和使用比銅和鐵要晚得多? 提示:因?yàn)榻饘僭交顫?其離子的氧化性越弱,就越難被還原,故制取和利用的時(shí)間越晚,所以

2、鋁的發(fā)現(xiàn)和使用比銅和鐵要晚得多。,(3)(情境思考)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,冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結(jié)在一起。你知道其工作原 理嗎? 提示:高溫條件下,鋁粉與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)方程式為Fe2O3+2Al Al2O3+ 2Fe。,二、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用 1.合理開(kāi)發(fā)利用金屬資源的原因 (1)地球上金屬礦物資源有限; (2)金屬冶煉消耗很多能量; (3)金屬冶煉造成環(huán)境污染。 2.有效利用金屬資源的途徑 (1)提高金屬礦物的_。 (2)減少金屬的使用量。 (3)加強(qiáng)金屬資源的_。 (4)使用其他材料代替金屬材料。,利用率,回收和再

3、利用,【自主探索】 (1)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)。 (2)(教材二次開(kāi)發(fā))教材中描述“利用金屬活潑性的不同,可以采用不同的冶煉方法”。銅的冶煉有“火法煉銅”和“濕法煉銅”兩種方法,各有何缺點(diǎn)? 提示:火法煉銅會(huì)產(chǎn)生大量污染性氣體;濕法煉銅只適用于低品位的銅礦冶煉,制得的銅不純,且廢液污染環(huán)境。,關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí),知識(shí)點(diǎn)一常見(jiàn)金屬的冶煉 1.金屬冶煉的三個(gè)步驟及目的,2.金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系,【合作探究】 (1)用電解法冶煉活潑金屬時(shí)(

4、如Na、Mg等),能電解該金屬的鹽溶液?jiǎn)?(變化觀念與平衡思想) 提示:不能;應(yīng)電解該金屬的熔融化合物。 (2)(思維升華)工業(yè)上利用電解熔融MgCl2來(lái)制取Mg,而MgO比MgCl2更易獲得,為什么不電解熔融MgO制取鎂呢?(科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任) (MgO的熔點(diǎn):2 852 ,MgCl2的熔點(diǎn):714 ) 提示:MgO的熔點(diǎn)高,熔融時(shí)耗費(fèi)更多的能源,增加生產(chǎn)成本。 (3)能否通過(guò)電解AlCl3制取金屬鋁?(證據(jù)推理與模型認(rèn)知) 提示:否;AlCl3是共價(jià)化合物,熔融態(tài)不導(dǎo)電。,【典例示范】 【典例】在冶金工業(yè)上,均能用還原法制得的一組金屬是() A.Na、Mg、AlB.Na、Zn、Fe C.

5、Zn、Fe、CuD.Mg、Al、Zn、Fe 【解題指南】解答本題注意以下兩點(diǎn): (1)熟記金屬活動(dòng)性順序。 (2)中等活潑的金屬利用熱還原法冶煉。 【解析】選C。Na、Mg、Al的冶煉方法為電解法;Zn、Fe、Cu的冶煉方法為化學(xué)還原劑還原法;故選C項(xiàng)。,【母題追問(wèn)】(1)冶煉金屬時(shí),是否必須加入一種物質(zhì)作為還原劑? 提示:有的金屬化合物在發(fā)生氧化還原反應(yīng)冶煉金屬時(shí),自身既作氧化劑又作還原劑,不需要另加還原劑,如HgO。 (2)一種金屬只有一種冶煉方法嗎? 提示:不一定。很多金屬有多種冶煉方法,如銅有熱還原法,濕法冶煉等。,【規(guī)律方法】各類(lèi)熱還原法的比較,【素養(yǎng)訓(xùn)練】 鈦(Ti)被稱(chēng)為繼鐵、鋁

6、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(guó)的鈦鐵礦儲(chǔ)量居世界首位。用含F(xiàn)e2O3的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3)制備TiO2流程如下:,根據(jù)設(shè)計(jì)要求回答: (1)步驟加Fe的目的是什么? 提示:分析框圖知,鐵最終轉(zhuǎn)化成副產(chǎn)品綠礬,所以要將+3價(jià)Fe轉(zhuǎn)化為+2價(jià)Fe。 (2)步驟冷卻的目的什么? 提示:降溫減小FeSO47H2O的溶解度,有利于綠礬結(jié)晶。,(3)由金紅石(TiO2)制取單質(zhì)鈦(Ti),涉及的步驟為 反應(yīng)TiCl4+2Mg 2MgCl2+Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是什么? 提示:反應(yīng)后Ti和Mg易與空氣中O2、N2等反應(yīng),故應(yīng)在A

7、r氣氛中進(jìn)行。防止高溫下鎂或鈦與O2、N2等反應(yīng)。,知識(shí)點(diǎn)二鋁熱反應(yīng) 1.實(shí)驗(yàn)探究,2.注意事項(xiàng) (1)鎂帶要打磨干凈表面的氧化膜,否則難以點(diǎn)燃;氧化鐵粉末與鋁粉要選擇干燥的;鋁粉要用沒(méi)有被氧化的,否則反應(yīng)難以進(jìn)行。 (2)氧化鐵粉末與鋁粉兩者要混合均勻,以保證氧化鐵與鋁都完全反應(yīng)。 (3)內(nèi)層濾紙要用水潤(rùn)濕,以防止紙漏斗燃燒。 (4)蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量,既要防止蒸發(fā)皿炸裂,又要防止熔融的液體濺出傷人。,【合作探究】 (1)(教材二次開(kāi)發(fā))教材實(shí)驗(yàn)4-1探究了鋁熱反應(yīng),在鋁熱反應(yīng)中,利用了鋁的哪些性質(zhì)?(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)) 提示:還原性及鋁的熔點(diǎn)低。 (2)裝置中鎂帶、KClO3的作用是什

8、么?(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)) 提示:鎂帶:引燃劑;KClO3:助燃劑,引發(fā)鋁熱反應(yīng)。 (3)(思維升華)鋁熱反應(yīng)需要高溫條件,所以鋁熱反應(yīng)是吸熱反應(yīng)嗎?(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)) 提示:不是。鋁熱反應(yīng)是典型的放熱反應(yīng)。,(4)金屬鋁可用于還原哪些金屬?能否利用鋁熱反應(yīng)冶煉鎂?(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)) 提示:能冶煉活動(dòng)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。,【典例示范】 【典例】如圖所示進(jìn)行鋁熱反應(yīng): 觀察發(fā)生的現(xiàn)象,回答下列問(wèn)題: (1)寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:_, 在該反應(yīng)中_是氧化劑,_是還原劑。 (2)引發(fā)鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作是_。 (3)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為_(kāi)(填寫(xiě)序號(hào)

9、)。 鎂帶劇烈燃燒;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。,(4)某同學(xué)為研究該實(shí)驗(yàn),查閱有關(guān)資料得到如下數(shù)據(jù): 該同學(xué)推測(cè),鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物是鐵鋁合金。理由是該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化,而鋁的熔點(diǎn)比鐵低,此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理?_(填“合理”或“不合理”)。 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案,證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用的試劑是_,反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。,【解題指南】解答本題需注意以下兩點(diǎn): (1)明確鋁熱反應(yīng)的特點(diǎn)和產(chǎn)物。 (2)明確Al的有關(guān)性質(zhì)。,【解析

10、】(1)鋁熱反應(yīng)為2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3,該反應(yīng)中Fe2O3作氧化劑,Al 作還原劑。 (2)引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作是加少量KClO3,插上鎂帶并將其點(diǎn)燃。 (3)全為該鋁熱反應(yīng)的現(xiàn)象。 (4)根據(jù)提供的鐵和鋁的熔點(diǎn)可知,該同學(xué)的推測(cè)合理。利用Al能與強(qiáng)堿反應(yīng)而 鐵不與強(qiáng)堿反應(yīng)的特性,可以檢驗(yàn)熔融物中是否含有鋁。,答案:(1)2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3 Fe2O3Al (2)加少量KClO3,插上鎂帶并將其點(diǎn)燃 (3)(4)合理氫氧化鈉溶液 2Al+2OH-+2H2O=2 +3H2 ,【母題追問(wèn)】(1)鋁熱劑中,Fe2O3與Al的質(zhì)量比是否是任意的? 提示:不是。根據(jù)化

11、學(xué)反應(yīng)方程式可知,Fe2O3和Al的質(zhì)量之比約為31,但實(shí)驗(yàn)中Fe2O3和Al質(zhì)量之比約為52左右,Al稍過(guò)量,反應(yīng)最劇烈。 (2)實(shí)驗(yàn)室欲在常溫下溶解反應(yīng)后的熔融物,能否選用稀硫酸?能否選用濃硫酸或NaOH溶液?請(qǐng)說(shuō)明理由。 提示:能選擇稀硫酸,因?yàn)橄×蛩崮芡耆芙獯巳廴谖?并且不會(huì)造成環(huán)境污染;不能選擇濃硫酸或NaOH溶液,因?yàn)槌叵聺饬蛩釙?huì)使Fe、Al發(fā)生鈍化,NaOH溶液不能溶解單質(zhì)鐵。,【規(guī)律方法】鋁熱反應(yīng),【素養(yǎng)訓(xùn)練】 鋁粉與某些金屬氧化物組成的混合物叫鋁熱劑,鋁熱劑在高溫下發(fā)生的反應(yīng)叫 鋁熱反應(yīng)。如:2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3,反應(yīng)發(fā)生時(shí)放出大量的熱。仔細(xì)閱讀 上述信

12、息回答下列問(wèn)題: (1)“鋁熱反應(yīng)”屬于四大基本反應(yīng)類(lèi)型中的_反應(yīng); (2)信息中的“某些”指_(填“比鋁活潑的”“比鋁穩(wěn)定的”或 “任意”)金屬; (3)試寫(xiě)出鋁粉與MnO2發(fā)生的鋁熱反應(yīng)方程式_; (4)題給的鋁熱反應(yīng)可用于野外焊接鋼軌,試說(shuō)明其原因:_。,【解析】(1)單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成新的單質(zhì)和新的化合物,屬于置換反應(yīng),“鋁 熱反應(yīng)”屬于四大基本反應(yīng)類(lèi)型中的置換反應(yīng);(2)反應(yīng)為置換反應(yīng),應(yīng)為活潑金 屬置換出較不活潑金屬;所以信息中的“某些”指比鋁穩(wěn)定的金屬;(3)鋁粉與 MnO2在高溫下反應(yīng)生成Mn和Al2O3,反應(yīng)的方程式為3MnO2+4Al 2Al2O3+3Mn; (4)鋁熱反

13、應(yīng)放出大量的熱,該溫度高于鐵的熔點(diǎn),從而使鐵熔化, 鐵水滲入縫隙 中,可用于焊接鋼軌。 答案:(1)置換(2)比鋁穩(wěn)定的 (3)3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3 (4)反應(yīng)放出大量的熱,將生成的鐵熔化為鐵水滲入縫隙中,【課堂小結(jié)】,三言?xún)烧Z(yǔ)話重點(diǎn) (1)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)。 (2)常見(jiàn)金屬的冶煉方法:K、Ca、Na、Mg、Al 電解法,ZnCu 熱還 原法,Hg、Ag 熱分解法。,(3)必記七反應(yīng): 2HgO 2Hg+O2 2Ag2O 4Ag+O2 MgCl2(熔融) Mg+Cl2 2Al2O3(熔融) 4Al+3O2 2NaCl(熔融)

14、2Na+Cl2 Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo),1.從石器、青銅器到鐵器時(shí)代,金屬的冶煉體現(xiàn)了人類(lèi)文明的發(fā)展水平。如圖表示三種金屬被人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的大致年限,之所以有先后,主要取決于() A.金屬的導(dǎo)電性 B.金屬在地殼中的含量 C.金屬的化合價(jià) D.金屬的活動(dòng)性 【解析】選D。鋁、鐵、銅在自然界中主要以化合態(tài)形式存在,它們的金屬活動(dòng)性依次減弱,金屬陽(yáng)離子的氧化性逐漸增強(qiáng),三種金屬中銅較易冶煉,鋁最難還原。,2.明代天工開(kāi)物記載“火法”冶煉鋅:“爐甘石十斤,裝載入一泥罐內(nèi)然后逐 層用煤炭餅墊盛,其底鋪薪,發(fā)火煅紅冷淀,毀罐取出即倭鉛

15、也”(注:爐甘石的 主要成分為碳酸鋅,泥罐中摻有煤炭)。下列說(shuō)法不正確的是() A.倭鉛是指金屬鋅和鉛的混合物 B.煤炭中起作用的主要成分是C C.冶煉Zn的化學(xué)方程式:ZnCO3+2C Zn+3CO D.該冶煉鋅的方法屬于熱還原法 【解析】選A。由題意可知,倭鉛是指金屬鋅,不是鋅和鉛的混合物,故A錯(cuò)誤;煤炭的主 要成分是碳,反應(yīng)中碳作還原劑,故B、C、D均正確。,3.下列關(guān)于金屬在自然界中存在形態(tài)的說(shuō)法不正確的是() A.地殼中含量最高的金屬是鐵,其次是鋁 B.鋁在自然界中主要存在于鋁土礦(主要成分是氧化鋁)中 C.鐵主要存在于鐵礦石(磁鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦等)中 D.金、鉑等不活潑的金屬以

16、游離態(tài)形式存在 【解析】選A。地殼中含量最高的金屬是鋁,其次是鐵。金屬在自然界中的存在形態(tài)與其化學(xué)活動(dòng)性有關(guān),化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬鋁、鐵等在自然界中以化合態(tài)存在,金、鉑等化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬在自然界中以游離態(tài)存在。,4.(教材二次開(kāi)發(fā)教材習(xí)題改編)利用金屬的活潑性不同,冶煉鎂、鐵、汞分別應(yīng)采用的方法是() A.熱還原法、熱分解法、電解法 B.電解法、熱還原法、熱分解法 C.熱分解法、熱還原法、電解法 D.電解法、熱分解法、熱還原法 【解析】選B。冶煉鎂用電解法,冶煉鐵用熱還原法,冶煉汞用熱分解法,故選B項(xiàng)。,5.冶煉金屬一般有下列四種方法:焦炭法;水煤氣(或H2或CO)法;活潑金屬置換法;電

17、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(duì)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】選B。對(duì)于()、()、()、()發(fā)生的反應(yīng)分別是(): Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+H2O、C+2CuO 2Cu+CO2,符合; ():Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,符合; ():Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3,符合; ():先從光鹵石中提取MgCl2,再電解MgCl2:MgCl2 Mg+Cl2,符合。,6.金屬鋰是密度最小的金屬,等質(zhì)量的金屬鋰能釋放出更多的電子

18、,故常用來(lái)制造高能量電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間,則下列能冶煉出金屬鋰的方法是() A.熱分解法B.熱還原法 C.電解法D.鋁熱法 【解析】選C。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,故冶煉鋰應(yīng)選用電解法,選C項(xiàng)。,7.氧化還原反應(yīng)廣泛用于金屬的冶煉。下列關(guān)于金屬冶煉的敘述正確的是() A.工業(yè)上可利用鋁熱反應(yīng)大量冶煉金屬鐵 B.金屬鈉、鋁和銅都可用熱還原法制備 C.CO還原磁鐵礦得到9 mol鐵時(shí)轉(zhuǎn)移24 mol電子 D.金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬元素被氧化 【解析】選C。A項(xiàng),鋁熱反應(yīng)不能應(yīng)用在工業(yè)上大量冶煉鐵,工業(yè)上冶煉鐵是利用CO還原鐵礦石中鐵元素;B項(xiàng),Na、Al不能用熱還原法制備;D項(xiàng),金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬元素得電子被