高中化學(xué)必修2 第1課時(shí)　金屬礦物的開發(fā)利用

1、第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第1課時(shí)金屬礦物的開發(fā)利用學(xué)業(yè)要求核心素養(yǎng)對接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(shí)驗(yàn)。4了解金屬回收和資源保護(hù)的意義，認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用。1.通過對金屬的冶煉方法的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。2通過金屬回收和資源保護(hù)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。知 識(shí) 梳 理知識(shí)點(diǎn)一金屬的冶煉如圖是我國古代和現(xiàn)代冶金的兩張圖片，那么金屬是如何冶煉的，請完成下列知識(shí)點(diǎn)：1金屬在自然界中存在的形態(tài)除了金、鉑等極少數(shù)金屬以外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界。在這些金屬化合物中，金

2、屬元素都顯正化合價(jià)。2金屬冶煉的原理金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是根據(jù)氧化還原反應(yīng)，使金屬礦物中的金屬陽離子得到電子生成金屬單質(zhì)的過程：Mnne=M。3冶煉方法知識(shí)點(diǎn)二金屬礦物的開發(fā)利用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(huì)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)合理地開發(fā)利用。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(qiáng)金屬資源的回收和再利用。（3）使用其他材料代替金屬材料。微判斷（1）黃金的冶煉可用熱分解法（）（2）金屬陽離子被還原，一定會(huì)得到金屬單質(zhì)（）（3）工業(yè)上電解MgCl2溶液制取Mg（）答案（1）（2）（3）微

3、訓(xùn)練1工業(yè)上獲得金屬鎂采用的冶煉方法是（）A加熱分解鎂氧化物B電解熔融氯化鎂C高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)D高溫下用氫氣還原解析由于金屬鎂的活潑性較強(qiáng)，因此工業(yè)上一般采用電解熔融氯化鎂制備金屬鎂。答案B2下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中，正確的是（）A制鈉：用海水為原料制得精鹽，再電解純凈的NaCl溶液B制鐵：以鐵礦石為原料，CO還原得鐵C制鎂：用海水為原料，經(jīng)一系列過程制得氧化鎂固體，H2還原得鎂D制鋁：從鋁土礦中獲得氧化鋁再得到氯化鋁固體，電解熔融的氯化鋁得到鋁解析電解法制取金屬鈉時(shí)，需要電解熔融的NaCl，而不是其溶液，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鎂的還原性很強(qiáng)，不能用熱還原法來制取，而應(yīng)用電解熔融氯化鎂的方法，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

4、熔融的氯化鋁不導(dǎo)電，故不能電解其熔融物制取金屬鋁，而應(yīng)電解熔融的氧化鋁，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B微思考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)，用富集的方法就可以，如淘金。2人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動(dòng)性有什么關(guān)系？提示金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活潑性。金屬越活潑，冶煉時(shí)所需條件要求越高，在人類歷史上出現(xiàn)的相對晚一些。金屬越不活潑，冶煉的方法越簡單，人們使用的時(shí)間越早，所以有青銅、鐵器等時(shí)代的發(fā)展歷程。3在金屬中，鋁元素在地殼中的含量居

5、第一位，為什么鋁的發(fā)現(xiàn)和使用比銅和鐵要晚得多？提示金屬的發(fā)現(xiàn)和使用與金屬的活動(dòng)性密切相關(guān)，金屬活動(dòng)性越強(qiáng)，其相應(yīng)的金屬陽離子得電子的能力越弱，冶煉難度越大。鋁是一種活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，用一般的還原劑很難將其還原，工業(yè)上采用最強(qiáng)有力的氧化還原手段電解法進(jìn)行冶煉，而銅和鐵用一般的還原劑就可以達(dá)到目的，所以鋁的發(fā)現(xiàn)和使用比銅和鐵要晚得多。學(xué)習(xí)任務(wù)（核心素養(yǎng)）金屬的活潑性與冶煉方法一、知識(shí)要點(diǎn)1金屬的冶煉原理金屬冶煉的實(shí)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：Mnne=M。2金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系金屬的活動(dòng)性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）

6、、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子能力強(qiáng)弱金屬離子得電子能力弱強(qiáng)主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法3.常用的熱還原法二、核心素養(yǎng)冶煉方法的選擇提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)【素養(yǎng)解題】典例示范金屬材料在日常生活、生產(chǎn)中有著廣泛的運(yùn)用，下列關(guān)于金屬的說法不正確的是（）A越活潑的金屬越難冶煉B合金的性質(zhì)與其成分金屬的性質(zhì)不完全相同C金屬冶煉的本質(zhì)是金屬陽離子得到電子變成金屬原子D工業(yè)上金屬M(fèi)g、Al都是用電解熔融的氯化物制得的冶煉金屬習(xí)題解題思路思考角度金屬冶煉方法的選擇取決于金屬活動(dòng)性選項(xiàng)分析金屬冶煉的本質(zhì)是金屬陽離子得到電子被還原成金屬原子，因此金屬越活潑，對應(yīng)金屬陽離子氧化性越弱

7、，則金屬越難冶煉，A、C正確；合金要比各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低，硬度大，B正確；因AlCl3為共價(jià)化合物，其熔融態(tài)不導(dǎo)電，因此不能用電解AlCl3的方法來冶煉鋁，而通常電解Al2O3。得到答案D知識(shí)熟記K、Ca、Na、Mg、Al電解法Zn、Fe、Sn、Pb、Cu熱還原法Hg、Ag熱分解法Pt、Au富集法三、對點(diǎn)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（）用解析選擇金屬的冶煉

8、方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活動(dòng)性。（）、（）、（）、（）發(fā)生的反應(yīng)分別是（）：Cu2（OH）2CO3eq o(=,sup7()2CuOCO2H2O，C2CuOeq o(=,sup7()2CuCO2，符合；（）：FeCuSO4=FeSO4Cu，符合；（）：2AlCr2O3eq o(=,sup7(高溫)Al2O32Cr，符合；（）：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2：MgCl2（熔融）eq o(=,sup7(電解)MgCl2，符合。答案B2在冶金工業(yè)上，均能用化學(xué)還原劑制得的一組金屬是（）ANa、Mg、Al BNa、Zn、FeCZn、Fe、Cu DMg、Al、Zn、Fe解

9、析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。答案C3下列反應(yīng)原理不符合工業(yè)實(shí)際的是（）A2Ag2Oeq o(=,sup7(高溫)4AgO2B4Al3MnO2eq o(=,sup7(高溫)3Mn2Al2O3C2MgOeq o(=,sup7(電解)2MgO2D2CuOCeq o(=,sup7(高溫)2CuCO2解析根據(jù)金屬的活動(dòng)性和特點(diǎn)，這四種金屬選用的冶煉方法看似都正確，但是工業(yè)上冶煉鎂時(shí)，并不是電解熔融的氧化鎂，而是電解熔融的氯化鎂。因?yàn)檠趸V的熔點(diǎn)很高，與電解熔融的氯化鎂相比會(huì)消耗更多的能量。答案C4工業(yè)煉鐵是在高爐中進(jìn)行的，高爐煉鐵的主要反應(yīng)是：2C

10、（焦炭）O2（空氣）eq o(=,sup7(高溫)2COFe2O33COeq o(=,sup7(高溫)2Fe3CO2該煉鐵工藝中，對焦炭的實(shí)際使用量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于按照化學(xué)方程式計(jì)算所需，其主要原因是（）ACO過量BCO與鐵礦石接觸不充分C煉鐵高爐的高度不夠DCO與Fe2O3的反應(yīng)有一定限度解析高爐煉鐵的反應(yīng)Fe2O33COeq o(=,sup7(高溫)2Fe3CO2為可逆反應(yīng)，所以對焦炭的實(shí)際使用量要遠(yuǎn)高于按化學(xué)方程式計(jì)算所需，這樣可以提高CO的濃度，促進(jìn)該反應(yīng)正向移動(dòng)。答案D5（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_

11、。若電路中通過1 mol電子，可以得到Alg。答案（1）8Al3Fe3O4eq o(=,sup7(高溫)4Al2O39FeFe3O4Al（2）2Al2O3（熔融）eq o(=,sup7(電解),sdo5(冰晶石)4Al3O29學(xué) 考 練1我國古代煉丹家魏伯陽所著周易參同契是世界上現(xiàn)存最早的一部煉丹專著。書中描寫到：“金入于猛火，色不奪精光?！边@句話的意思是指黃金的性質(zhì)在強(qiáng)熱條件下（）A活潑 B穩(wěn)定 C易氧化 D易還原解析金的性質(zhì)穩(wěn)定，在強(qiáng)熱條件下也不反應(yīng)。答案B2下列說法錯(cuò)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

12、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(cuò)誤。答案C3除去Cu粉中的Al粉，下列方法不可取的是（）A加入稀H2SO4，過濾B加入NaCl溶液，過濾C加入NaOH溶液，過濾D加入CuSO4溶液，過濾解析A、C、D項(xiàng)均可溶解Al使其進(jìn)入溶液，從而與Cu分離，故選B項(xiàng)。答案B4下列物質(zhì)投入溶液中，溶液質(zhì)量減輕的是（）ACaCO3投入到HCl溶液中BNa2CO3投入稀硫酸中CFe粉投入CuSO4溶液中DFe粉投入稀HCl溶液中解析A、B項(xiàng)相當(dāng)于把CaO、Na

13、2O分別投入到酸溶液中，故其溶液質(zhì)量增加；C項(xiàng)Fe元素進(jìn)入溶液、Cu以單質(zhì)形式析出，F(xiàn)e（56）相對原子質(zhì)量小于Cu（64），故C項(xiàng)符合題意；D項(xiàng)Fe元素進(jìn)入溶液（HCl），H以單質(zhì)形式析出，故D項(xiàng)溶液質(zhì)量增加。答案C5有0.4 g鐵的氧化物，用足量的CO在高溫下將其還原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。這種鐵的氧化物的化學(xué)式是（）AFeO BFe2O3CFe3O4 DFeO和Fe2O3解析CO和鐵的氧化物反應(yīng)時(shí)，氧化物中的一個(gè)O原子對應(yīng)一個(gè)CO2分子，每一個(gè)CO2分子對應(yīng)一個(gè)CaCO3，所以有下列的關(guān)系式，假設(shè)0.4g該氧化物中含xgO。OCO2CaCO316

14、100 x g 0.75 g解得x0.12N（Fe）N（O）eq f(0.4 g0.12 g,56 gmol1)eq f(0.12 g,16 gmol1)23。答案B6金屬K與Na金屬性相近，用K與鈉鹽共熔時(shí)，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(diǎn)如下：KNaKClNaCl熔點(diǎn)/63.6597.8770801沸點(diǎn)/774882.91500（升華）1431根據(jù)平衡移動(dòng)原理可推知，用Na與KCl反應(yīng)制K的適宜溫度是（）A97.8770 B770774 C774882. 9 D14131 500 解析在金屬活動(dòng)性順序表中，Na排在K的

15、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(dòng)，如果繼續(xù)加熱，則Na、K、NaCl和KCl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?yàn)镵的沸點(diǎn)比Na、NaCl、KCl的沸點(diǎn)都低，且低于NaCl的熔點(diǎn)。答案C7下列金屬冶煉原理錯(cuò)誤的是（雙選）（）A AlCl3（熔融）eq o(=,sup7(電解)2Al3Cl2BMgOH2eq o(=,sup7()MgH2OCFe3O44COeq o(=,sup7(高溫)3Fe4CO2D2HgOeq o(=,sup7()2HgO2解析Na、Mg通常用電解法制取，Al用電解熔融Al2O3制取，F(xiàn)e用

16、還原劑法制取，Hg可用加熱其化合物的方法制取。Mg的活動(dòng)性比H2強(qiáng)，H2不能置換出Mg，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤。答案AB8熱還原法冶煉金屬的反應(yīng)一定是（）A氧化還原反應(yīng) B置換反應(yīng)C復(fù)分解反應(yīng) D分解反應(yīng)解析熱還原法冶煉金屬的反應(yīng)一定不是復(fù)分解反應(yīng)，也一定不是分解反應(yīng)，不一定是置換反應(yīng)，如3COFe2O3eq o(=,sup7(高溫)2Fe3CO2，但一定是氧化還原反應(yīng)。答案A9鋁的活潑性較強(qiáng)，直到十八世紀(jì)人類才開始將Al從它的化合物中冶煉出來。當(dāng)時(shí)鋁價(jià)格十分昂貴，拿破侖的頭盔就是用鋁制作的，現(xiàn)在還保存在大英博物館中，下列冶煉鋁的方法正確的是（）AAl2O3（熔融）eq o(,sup7(電解)AlBAl

17、2O3eq o(,sup7(鹽酸)AlCl3（熔融）eq o(,sup7(電解)AlCAl（OH）3eq o(,sup7(H2),sdo5(高溫)AlDAl2O3eq o(,sup7(C或CO),sdo5(高溫)Al解析H2、CO、C等皆不能將Al2O3或Al（OH）3還原為Al，C、D不正確。AlCl3是共價(jià)化合物，熔融后不導(dǎo)電，B不正確。答案A10以輝銅礦（Cu2S）為原料冶煉銅，其反應(yīng)原理可表示為Cu2SO2eq o(=,sup7(高溫)2CuSO2。下列說法不正確的是（雙選）（）A化合價(jià)發(fā)生變化的元素有3種BCu2S在該反應(yīng)中作還原劑C1 mol O2參加反應(yīng)時(shí)，上述反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)

18、的量為4 molDSO2被分離、回收后氧化生成SO3，作為制取硫酸的原料解析分析反應(yīng)中化合價(jià)的變化：eq o(Cu,sup6(1)2eq o(S,sup6(2)eq o(O,sup6(0)2eq o(=,sup7(高溫)2eq o(Cu,sup6(0)eq o(S,sup6(4)eq o(O,sup6(2)2，反應(yīng)過程中Cu、S、O三種元素的化合價(jià)均發(fā)生改變；Cu2S中Cu元素化合價(jià)降低，S元素化合價(jià)升高，因此Cu2S既是氧化劑又是還原劑；根據(jù)S元素化合價(jià)的改變可知，當(dāng)1 mol O2參加反應(yīng)時(shí)，共轉(zhuǎn)移電子6 mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。答案BC11鈦是一種

19、活潑金屬，具有密度小、熔點(diǎn)高、可塑性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)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(gè)反應(yīng)：FeTiO32H2SO4=TiOSO4FeSO42H2OTiOSO42H2O=H2TiO3H2SO4H2TiO3eq o(=,sup7()TiO2H2OTiO22C2Cl2eq o(=,sup7()TiCl42COTiCl42Mgeq o(=,sup7()2MgCl2Ti（1）針對以上五個(gè)反應(yīng)，下列敘述錯(cuò)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(qiáng)（2）鈦具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，以下對其原因的分析正確的

20、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(qiáng)度解析（1）在反應(yīng)中沒有化合價(jià)的變化；反應(yīng)中，鈦元素的化合價(jià)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(qiáng)于鈦。（2）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(qiáng)，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。答案（1）C（2）B12鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，自遠(yuǎn)古時(shí)代人類就學(xué)會(huì)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(shí)驗(yàn)室中模擬工業(yè)煉鐵的過程，實(shí)驗(yàn)裝置如下：（1）寫出得

21、到單質(zhì)鐵的化學(xué)方程式：_。（2）實(shí)驗(yàn)過程中看到玻璃管內(nèi)的粉末由紅棕色逐漸變黑，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證生成了單質(zhì)鐵：_。（3）裝置末端氣球的作用為_。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO并說明原因_。解析檢驗(yàn)是否生成單質(zhì)鐵，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；反應(yīng)結(jié)束后，得到的鐵還是赤熱的，若先停止通入CO，會(huì)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。答案（1）Fe2O33COeq o(=,sup7(高溫)2Fe3CO2（2）取少量粉末放于試管中，加少量鹽酸，若產(chǎn)生無色無味氣體

22、，則證明生成了單質(zhì)鐵（3）收集未反應(yīng)的CO，防止污染空氣先停止加熱，防止生成的鐵再次被氧化能 力 練13在某次探究性學(xué)習(xí)中，老師要求同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)室中用氧化銅、稀硫酸和鐵來制取純凈的銅，并用所制得的銅進(jìn)行一系列的探究性實(shí)驗(yàn)。甲、乙兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)制銅實(shí)驗(yàn)方案。甲：CuO溶于適量稀硫酸中；在的溶液中加入稍過量的鐵，充分反應(yīng)后，過濾、烘干，即得純凈的銅。乙：鐵與稀硫酸反應(yīng)得氫氣；用氫氣還原氧化銅，充分反應(yīng)后即得純凈的銅。（1）若兩位同學(xué)消耗的稀硫酸和鐵的量分別相同，請判斷他們所制得銅的質(zhì)量大小關(guān)系（填字母）。A相同 B甲多C乙多 D以上三種情況均有可能（2）丙同學(xué)認(rèn)為上述兩種方案都難以保證所制的銅的純度，應(yīng)對上述兩種方案加以完善。甲同學(xué)的方案不完善的原因：_，完善乙同學(xué)的方案的一種方法是將所得的銅粉放入燒杯中，加入，