高中化学 第四章 化学与自然资源的开发利用 第一节 开发利用金属矿物和海水资源 第1课时 金属矿物的开发利用课件 新人教版必修2.ppt

第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用 新课导入 教师用书备用 百炼成钢 讲述了古代人们冶炼钢铁的秘密 现在人们又是怎样从金属矿物中得到金属呢 不同的金属冶炼方法是否相同呢 课标要求 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 4 了解金属回收和资源保护的意义 5 认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用 知识探究梳理知识 点拨方法 探究点一金属的冶炼 1 金属在自然界中的存在形态 单质 化合物 2 金属的冶炼 1 冶炼原理金属的冶炼是利用氧化还原反应原理 将金属从其化合物中出来用于生产和制造各种金属材料的过程 还原 2 冶炼方法 常用方法 冰晶石 其他方法 思考 电解法冶炼铝时 能电解熔融的alcl3吗 答案 不能 因为alcl3是共价化合物 熔融时不导电 3 合理开发和利用金属矿物资源 利用率 使用量 回收和再利用 名师点拨 1 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 2 金属冶炼的一般步骤 过关演练巩固知识 提升能力 b 2 金属材料在日常生活 生产中有着广泛的应用 下列关于金属的说法不正确的是 a 越活泼的金属越难冶炼b 合金的性质与其成分金属的性质不完全相同c 金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子d 工业上金属mg al都是用电解熔融的氯化物制得的 d 解析 金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子 因此金属越活泼 对应金属阳离子氧化性越弱 则金属越难冶炼 a c正确 合金要比各成分金属的熔 沸点低 硬度大 b正确 因alcl3为共价化合物 其熔融态不导电 因此不能用电解alcl3的方法来冶炼铝 而通常用al2o3 3 冶炼金属一般有下列4种方法 焦炭法 水煤气 或氢气 一氧化碳 法 活泼金属置换法 电解法 这4种方法在工业上均有应用 古代有 火烧孔雀石炼铜 湿法炼铜 现代有 铝热法炼铬 从光卤石 mgcl2 6h2o 中炼镁 对它们的冶炼方法的分类 不正确的是 a b c d b 探究点二铝热反应 知识探究梳理知识 点拨方法 白 黑色 2al fe2o3 引燃剂 白 黑 色 2fe al2o3 氧气 上 思考 引发铝热反应的操作是什么 答案 往铝热剂上放少量kclo3 并插入镁带 然后将镁带点燃 即可引发铝热反应 名师点拨 1 铝热反应易错辨析 1 铝热反应可以用铝还原氧化铁焊接钢轨 但是工业上不用此法冶炼铁 原因是铝的价格比铁还贵 2 由于铝只能冶炼活泼性比其弱的金属 是利用铝的还原性 所以并不是铝与所有金属氧化物的混合物都叫铝热剂 如al和na2o的混合物不能叫铝热剂 2 铝热反应在无机框图推断中的应用在无机框图推断中常出现的反应模式 且a c为单质 b d是化合物 分析该反应的特点 该反应是置换反应且条件是高温 可初步确定是铝热反应 且a是铝 再结合其他的条件确定其他物质 过关演练巩固知识 提升能力 1 关于金属冶炼的叙述正确的是 a 工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁b 金属钠 铝和铜都可用还原法制备c 加强热 使cuo在高温条件下分解制备单质cud 用足量co还原磁铁矿得到9mol铁时转移24mol电子 d 解析 铝热反应是可以用来冶炼高熔点金属 如金属铁 但是大量金属铁的冶炼是一般采用还原法 故a错误 金属钠 铝等活泼金属的冶炼采用电解法 故b错误 制备cu应用热还原法 故c错误 fe3o4中fe元素化合价有 2价 3价 1molfe3o4被co全部还原成fe时 转移8mol电子 得到9mol铁时转移24mol电子 故d正确 2 下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是 a cr2o3b mno2c na2od v2o5 c 解析 铝热反应的本质是铝置换活动性比它弱的金属 3 如图为铝热反应的实验装置 请回答下列问题 1 纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉的混合物上面的物质是 2 引发铝热反应的操作为 解析 1 铺在fe2o3和al粉混合物上面的物质是kclo3 作用是引发铝热反应 2 利用镁带燃烧放热促使kclo3分解产生o2 从而引发铝热反应 答案 1 kclo3 氯酸钾 2 在混合物中间插一根镁带 并用燃着的小木条 或火柴 点燃镁带 3 若将氧化铁换成氧化镁 该反应能否发生 填 能 或 不能 理由是 4 铝热反应的用途有哪些 解析 3 mg比al活泼 al不能从mgo中置换出mg 4 利用铝热反应冶炼高熔点金属 焊接钢轨 答案 3 不能镁比铝活泼 铝不能置换镁 4 用于焊接钢轨 冶炼某些金属 课堂检测即学即测 查漏补缺 1 从石器 青铜器到铁器时代 金属的冶炼体现了人类文明的发展水平 如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限 之所以有先后 主要取决于 a 金属导电性强弱b 金属在地壳中的含量多少c 金属的化合价高低d 金属的活泼性强弱 解析 分析图表知 al fe cu三种金属活泼性逐渐减弱 而三种金属开发利用的时间由晚到早 由此可判断金属活泼性越强 冶炼越困难 开发利用的时间越晚 d 解析 铝置换出铁 铁再和盐酸反应生成h2和铝直接与烧碱反应生成h2转移的电子数目应该相同 化学方程式如下 2al 3feoal2o3 3fe 3fe 6hcl3fecl2 3h2 2al 2naoh 2h2o2naalo2 3h2 由此可看出两种情况下生成的气体的质量比为1 1 c 2 把铝粉和氧化亚铁粉末配成铝热剂 分成两等份 一份在高温下恰好完全反应后 再与足量盐酸反应 另一份直接放入足量的烧碱溶液中充分反应 前后两种情况下生成的气体的质量比是 a 3 2b 2 3c 1 1d 28 9 3 热还原法冶炼金属的反应一定是 a 氧化还原反应b 置换反应c 复分解反应d 分解反应 a 解析 热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应 也一定不是分解反应 不一定是置换反应 如3co fe2o32fe 3co2 但一定是氧化还原反应 4 某同学对 铝热反应 的现象有这样的描述 反应放出大量的热 并发出耀眼的光芒 纸漏斗的下部被烧穿 有熔融物落入沙中 由化学手册查阅得有关物质的熔 沸点数据如下表 1 该同学推测 铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金 理由是该反应放出的热量使铁熔化 而铝的熔点比铁的低 此时液态的铁和铝熔合成铁铝合金 你认为他的解释是否合理 填 合理 或 不合理 2 设计一个简单的实验方案 证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝 该实验所用试剂是 反应的离子方程式为 3 实验室溶解该熔融物 下列试剂中最好的是 填序号 并说明理由 a 浓硫酸b 稀硫酸c 稀硝酸d 氢氧化钠溶液 解析 1 根据表中各物质的熔点 铁和铝可以熔合成铁铝合金 故解释合理 2 由于金属铝可以与naoh溶液反应而铁不能 故可以选用的试剂为naoh溶液 答案 1 合理 2 naoh溶液2al 2oh 2h2o2al 3h2 3 b若用a c溶解样品会产生so2 no等有毒气体 用d 则fe不会与naoh溶液反应 或用b既能将样品全部溶解 又不会生成有害气体 5 用如图所示的装置进行实验 回答下列问题 1 写出该反应的化学方程式 在该反应中是氧化剂 是还原剂 该反应称为反应 解析 1 铝热反应为2al fe2o32fe al2o3 该反应中fe2o3作氧化剂 al作还原剂 答案 1 fe2o3 2alal2o3 2fefe2o3al铝热 2 写出下列操作或物质的作用 内层纸漏斗底部剪一个孔 蒸发皿盛沙子 镁带 氯酸钾 解析 2 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 为防止溅落物炸裂蒸发皿 蒸发皿内盛沙子 反应中镁带燃烧产生高温 引起氯酸钾分解 提供氧气又加快镁带充分燃烧产生高温 引发铝热反应 答案 2 使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿发生反应 提供o2 产生高温 引发铝热反应 实验微专题十铝热反应产物成分的实验探究 这类实验题目考查铝热反应 同时考查金属与酸的反应 离子方程式的书写 氧化还原反应 化学计算等知识点 难度和题量较大 解题时应该根据所学知识综合分析 灵活处理 典型例题 粉末状试样a是由等物质的量的mgo和fe2o3组成的混合物 现进行如下实验 取适量a进行铝热反应 产物中有单质b生成 另取20ga全部溶于0 15l6 0mol l 1盐酸中 得溶液c 将 中得到的单质b和溶液c反应 放出1 12l 标准状况 气体 同时生成溶液d 还残留有固体物质b 用kscn溶液检验时 溶液d不变色 请填空 1 中引发铝热反应的实验操作是 产物中的单质b是 填化学式 2 中所发生反应的化学方程式是 3 中所发生的各反应的离子方程式是 4 若溶液d的体积仍视为0 15l 则该溶液中c mg2 为 c fe2 为 解析 mgo不能与铝发生置换反应 所以 中发生的反应是fe2o3 2al2fe al2o3 中加入kscn溶液不变色 说明fe3 完全被还原为fe2 溶液d为mgcl2 fecl2的混合液 根据题意假设20ga中mgo和fe2o3的物质的量均为x 则40g mol 1x 160g mol 1x 20g 解得x 0 1mol 溶液中mg2 的物质的量等于mgo的物质的量 c mg2 0 67mol l 1 反应后原加入的盐酸中的cl 全部转移到fecl2和mgcl2中 cl 守恒 所以溶液d中 n cl n mg2 2 n fe2 2 6 0mol l 1 0 15l 0 9mol n fe2 0 35mol 所以c fe2 2 3mol l 1 答案 1 加少量kclo3 插上镁条并将其点燃fe 2 fe2o3 6hcl2fecl3 3h2o mgo 2hclmgcl2 h2o 3 fe 2h fe2 h2 fe 2fe3 3fe2 4 0 67mol l 12 3mol l 1 变式练习 铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁 石英 石灰石等混合物 某化学兴趣小组从铁砂中分离出磁性氧化铁 并进行铝热反应实验 1 取磁性氧化铁按图装置进行铝热反应现象很壮观 取少许反应生成的 铁块 溶于盐酸 向其中滴加kscn溶液 发现溶液变红色 出现这种结果的原因 除了可能混有没反应的磁性氧化铁外 还有一个原因是 解析 1 取少许反应生成的 铁块 溶于盐酸 向其中滴加kscn溶液 发现溶液变红色 证明出现了铁离子 可能是金属中混有没反应的磁性氧化铁或是生成的红热的铁在掉落到蒸发皿过程中 表面被空气氧化为fe3o4 答案 1 生成的红热的铁在掉落到蒸发皿过程中 表面被空气氧化为fe3o4 解析 2 金属铁和氢氧化钠不反应 但是金属铝可以和氢氧化钠反应产生氢气 证明上述所得的 铁块 中含有金属铝 可以向混合物中加入氢氧化钠溶液 看是否产生气体 产生气体时 有金属铝 反之则没有 3 由alal3 知每摩尔铝参与反应 转移的电子数为3na 答案 2 取少许