人教版必修2 第4章第1节 开发利用金属矿物和海水资源（第1课时） 学案 (2).doc

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学习目标定位1.知道金属在自然界中的存在形态，金属冶炼的一般方法和原理，会写相关反应的化学方程式。2.掌握铝热反应的原理和实验。3.了解金属回收的意义，树立环保意识。一金属的冶炼1金属元素在自然界中的存在形式少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金和铂以及少量的银和铜。化学性质比较活泼的金属，在自然界中总是以化合态存在。这显然和金属的活动性紧密相关。2金属冶炼的原理和实质金属冶炼的原理：利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂或者加热、电解的方法把金属化合物还原为金属单质。金属冶炼的实质：金属离子金属单质，即mnnem。3不同金属适用的冶炼方法(1)热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位于氢以后的金属；像汞、银等不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。请你写出冶炼汞、银反应的化学方程式：2hgo2hgo2、2ag2o4ago2。(2)电解法：位于金属活动性顺序表中氢前面的钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属单质都很容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。请你写出冶炼铝、钠反应的化学方程式：2al2o3(熔融)4al3o2、2nacl(熔融)2nacl2。(3)热还原法适用于冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如铝)等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。请你写出冶炼铁、钨、铅、铬反应的化学方程式：fe2o33co2fe3co2、wo33h2w3h2o、2pboc2pbco2、cr2o32al2cral2o3。4回收废旧金属(1)回收金属的意义：节约矿物资源、节约能源、减少环境污染。(2)废旧金属的最好的处理方法是回收利用。(3)回收金属的实例：废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；从电影业、照相业、科研单位和医院x光室回收的定影液中，可以提取金属银。归纳总结1冶炼方法的总规律：金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的热分解法就能使金属还原；活动性居中或不太活泼的用热还原法；金属的位置越靠前，越难被还原，往往采用电解法使金属从矿石中还原出来。2学习时结合金属活动性顺序表和氧化还原性强弱顺序示意图加以理解和记忆：金属单质还原性、失电子能力依次减弱,金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强1冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法水煤气(或氢气，或一氧化碳)法活泼金属置换法电解法。四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；()从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()a()用 b()用c()用 d()用答案b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。()、()、()、()发生的反应分别是()：cu2(oh)2co32cuoco2h2o，c2cuo2cuco2，符合；()：fecuso4=feso4cu，符合；()：2alcr2o3al2o32cr，符合；()：先从光卤石中提取mgcl2，再电解mgcl2：mgcl2(熔融)mgcl2，符合。2分别用氢气和金属作还原剂治炼金属，所得金属纯度的说法正确的是()a用氢气的纯度高 b用金属的纯度高c二者相同 d无法比较答案a解析过量的h2不会残留在被还原的金属中，所以用h2还原得到的金属纯度高。二铝热反应如下图所示，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5 g炒干的氧化铁粉末和2 g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_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)。镁条剧烈燃烧；放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；纸漏斗的下部被烧穿；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。(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？答案(1)2alfe2o32feal2o3fe2o3al铝热(2)(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿引燃剂，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(4)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。归纳总结铝粉和某些金属氧化物(fe2o3、cr2o3、v2o5等)组成的混合物叫铝热剂，在高温下发生铝热反应，可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属(如v、cr、mn等)、焊接钢轨等。3铝能用于冶炼难熔的金属(如cr、v、mn等)，这不是因为()a铝具有还原性b铝具有导电性c铝较cr、v、mn等价格便宜d冶炼反应放出大量的热答案b4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()a32 b23c11 d289答案c解析本题应分析两个过程中电子转移的数目。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：2al3feoal2o33fe,3fe6hcl=3fecl23h2；2al2naoh2h2o=2naalo23h2；由此可看出两种情况下生成的气体的质量比为11。 1我国古代炼丹家魏伯阳所著周易参同契是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下()a活泼 b稳定c易氧化 d易还原答案b解析金的性质稳定，在强热条件下也不反应。2氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是()a电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化b湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应c用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol fe3o4被co还原成fe，转移9 mol ed铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化。答案c解析c项，应转移8 mol e。3下面是部分矿物资源的利用及产品流程，有关说法不正确的是()a不可用电解alcl3的方法制备金属铝b生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应c黄铜矿冶炼铜时，副产物so2可用于生产硫酸，feo可用作冶炼铁的原料d由粗硅制取高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法答案b解析alcl3是共价化合物，熔融时不导电，故不可用电解alcl3的方法制备金属铝，a正确；制备单质时涉及化合价变化，是氧化还原反应，制玻璃的反应是sio2na2co3na2sio3co2和sio2caco3casio3co2，化合价未发生变化，不属于氧化还原反应，b错误；so2可以转化成so3，进而生成h2so4；feo与co在高温下可生成fe，c正确；制备硅的过程中，利用沸点不同进行分馏，将sicl4从杂质中提取出来，再与h2发生置换反应得到高纯硅，d正确。4有0.4 g铁的氧化物，用足量的co在高温下将其还原，把生成的co2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。这种铁的氧化物的化学式是()afeo bfe2o3cfe2o4 dfeo和fe2o3答案b解析co和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个o原子对应一个co2分子，每一个co2分子对应一个caco3，所以有下列的关系式，假设0.4 g该氧化物中含x g o。oco2caco3 16 100 x g 0.75 g解得x0.12n(fe)n(o)23。5冶炼金属常用以下几种方法：以c、co或h2作还原剂还原以较活泼金属na、mg等还原利用铝热反应原理还原电解法热分解法下列金属各采用哪种方法还原最佳。(1)fe、zn、cu等中等活泼金属_。(2)na、mg、al等活泼或较活金属_。(3)hg、ag等不活泼金属_。(4)v、cr、mn、w等高熔点金属_。(5)k、rb、cs、ti等金属通常还原方法是_。答案(1)(2)(3)(4)(5)解析选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。根据每种金属的特点应选择最佳方案。其中(5)k、rb、cs、ti等利用的原理比较特别，不是用活泼金属置换不活泼金属，而是平衡的原理，如nakclnaclk，抽离钾蒸气此反应得以继续进行。而ti是用na来置换的：4naticl44naclti或用mg来置换：2mgticl42mgcl2ti。40分钟课时作业 经典基础题一、金属的性质及应用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金属的导电性强弱b金属在地壳中的含量多少c金属的化合价高低d金属的活动性强弱答案d解析由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。2下列金属元素在自然界中可以游离态形式存在的是()ak bna cca dau答案d3下列物质投入溶液中，溶液质量减轻的是()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溶液中答案c解析a、b项相当于把cao、na2o分别投入到酸溶液中，故其溶液质量增加；c项fe元素进入溶液、cu以单质形式析出，fe(56)相对原子质量小于cu(64)，故c项符合题意；d项fe元素进入溶液(hcl)，h以单质形式析出，故d项溶液质量增加。4除去cu粉中的al粉不能()a加入稀h2so4，过滤b加入nacl溶液，过滤c加入naoh溶液，过滤d加入cuso4溶液，过滤答案b解析a、c、d项均可溶解al使其进入溶液，从而与cu分离，故选b项。5实验室欲使1.6 g氧化铁完全还原，事先应准备的co在标况下的体积为()a672 ml b336 mlc大于672 ml d小于336 ml答案c解析由3cofe2o32fe3co2可知消耗co 672 ml，但气体与固体反应不充分，反应前要先通入一会儿co赶尽空气，fe冷却要在co的气氛中，故co实际用量应大于672 ml。6金属k与na金属性相近，用k与钠盐共熔时，很难将na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用na与kcl反应制取金属k。已知四种物质的熔、沸点如下：knakclnacl熔点/63.6597.8770801沸点/774882.91 500(升华)1 431根据平衡移动原理可推知，用na与kcl反应制k的适宜温度是()a97.8770 b770774 c774882.9 d1 4131 500 答案c解析在金属活动性顺序表中，na排在k的后面，似乎不能从k的熔融盐中置换出k。但将na与kcl共熔，其共熔体中na、k、cl和e自由移动，如果继续加热，则na、k、nacl和kcl先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用na还原k的，因为k的沸点比na、nacl、kcl的沸点都低，且低于nacl的熔点。二、金属的冶炼方法7不能用热分解法制得的金属是()feagmghga b c d答案a解析热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼，它们的化合物大多不稳定，比如氧化银受热时能够分解为相应的金属单质，而活泼金属的化合物一般相当稳定，加热很难分解。因此，比较活泼的铁和镁不能够通过热分解法制得。8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分解反应答案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3cofe2o32fe3co2，但一定是氧化还原反应。9电解无水mgcl2所得镁蒸气冷却后即得固体镁。镁可在下列哪种气体氛围中冷却()ah2 bco2co2 d空气答案a解析mg在加热条件下可与o2、co2、n2反应。故选a。10下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是()a用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁b在加热情况下利用氢气还原三氧化二铝得到金属铝c用铝热法炼得熔点较高的金属铬d直接加热氧化汞得到金属汞答案b解析铝的活泼性比氢强，应选用电解法冶炼。11将氢气通过10 g cuo粉末加热片刻，冷却后剩余固体质量为8.4 g，那么下列计算正确的是()a有1.6 g h2o生成b有8.4 g cu生成c有80%的cuo被还原d实验过程中所消耗的氢气为0.2 g答案c解析cuoh2h2ocu固体质量减少m80 218 6416x ym(h2o)m(cu)108.41.6m(h2o)1.8 gm(cu)6.4 g被还原的cuo为100%100%80%参与反应消耗h2为0.2 g，但实际提供的氢气大于0.2 g。能力提升题12铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：(1)cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向cu和稀硫酸的混合物中滴入h2o2溶液后，溶液很快变蓝色，试写出该反应的离子方程式：_。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出cu2(oh)2co3绿色固体，试写出该反应的离子方程式：_。(3)火法炼铜的原理：cu2so22cuso2，在该反应中每生成1 mol cu，转移_ mol e。(4)据报道，有一种叫thibacillus ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿(cufes2)氧化成硫酸盐：4cufes22h2so417o2=4cuso42fe2(so4)32h2o，利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(cuso45h2o)：检验溶液b中fe3是否被除尽的实验方法_。在实验室中，从溶液b中提炼金属铜的原理 (用化学方程式表示)：_；从溶液b中获得cuso45h2o的方法：_、_、_等。答案(1)cuh2o22h=cu22h2o(2)2cu2co2h2o=cu2(oh)2co32h(3)3(4)滴入kscn溶液，若溶液变红证明含有fe3；反之，则不含fe3cuso4fe=feso4cu蒸发浓缩冷却结晶过滤解析(1)金属铜投入稀硫酸中不发生反应，但再加入h2o2溶液后铜开始溶解，溶液逐渐变为蓝色，说明过氧化氢在酸性溶液中具有氧化性，能溶解铜，离子方程式为cuh2o22h=cu22h2o。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出cu2(oh)2co3，反应的化学方程式为2cu2co2h2o=cu2(oh)2co32h。(3)反应中cu元素化合价由1价降低到0价，o元素化合价由0价降低到2价，s元素化合价由2价升高到4价，由方程式可知生成2 mol cu，转移6 mol电子，则该反应中每生成1 mol cu，转移3 mol电子。 (4)检验溶液b中fe3是否被除尽的试剂是kscn溶液，滴入kscn溶液，若溶液变红证明含有fe3；反之，则不含fe3。硫酸铜溶液得到金属铜的方法，可以加入铁粉置换铜，反应的化学方程式为cuso4fe=feso4cu；从溶液b中获得cuso45h2o的方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。13铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如下：(1)写出得到单质铁的化学方程式：_。(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁：_。(3)装置末端气球的作用为_。实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入co并说明原因_。答案(1)fe2o33co2fe3co2(2)取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体，则证明生成了单质铁(3)收集未反应的co，防止污染空气先停止加热，防止生成的铁再次被氧化解析检验是否生成单质，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(h2)，则证明生成了单质铁；反应结束后，得到的铁还是赤热的，若先停止通入co，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入co。14在某次探究性学习中，老师要求同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜，并用所制得的铜进行一系列的探究性实验。甲、乙两位同学分别设计了如下两个制铜实验方案。甲：cuo溶于适量稀硫酸中；在的溶液中加入稍过量的铁，充分反应后，过滤、烘干，即得纯净的铜。乙：铁与稀硫酸反应得氢气；用氢气还原氧化铜，充分反应后即得纯净的铜。(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同，请判断他们所制得铜的质量大小关系_(填字母)。a相同 b甲多c乙多 d以上三种