4.1开发利用金属矿物和海水资源 （第1课时） 学案.doc

第1课时金属矿物的开发利用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。1金属活动性顺序为k、ca、na、mg、al、zn、fe、sn、pb(h)、cu、hg、ag、pt、au_。2金属的存在(1)地壳中含量最高的金属元素是铝，其次是铁。(2)金、铂等少数金属以游离态的形式存在，绝大多数金属以化合态的形式存在于自然界中。3金属冶炼的含义：将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。 4常见金属的冶炼方法(1)冶炼铝的方法：电解法，化学方程式：。(2)冶炼铁的方法：热还原法、铝热法，化学方程式：fe2o33co2fe3co2 、fe2o32al2feal2o3。(3)冶炼银的方法：热分解法，化学方程式：2ag2o4ago2。(4)冶炼铜的方法：火法炼铜、湿法炼铜，化学方程式：cu2so22cuso2、fecuso4=feso4cu。5金属资源的合理开发利用(1)提高金属矿物的利用率。(2)减少金属的使用量。(3)加强金属资源的回收和再利用。(4)使用其他材料代替金属材料。新知探究1金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。2金属冶炼的方法有哪些？完成下表。续表3.工业上冶炼镁、铝的原理是什么？可否电解熔融mgo和alcl3制取镁、铝，为什么？提示：mgcl2(熔融)mgcl2，2al2o3(熔融)4al3o2。mgo的熔点远高于mgcl2，而alcl3属于共价化合物，熔融状态不导电，故工业上冶炼mg、al是电解熔融的mgcl2、al2o3而不是电解mgo和alcl3。名师点拨1金属冶炼方法的选择金属冶炼方法的选择依据是：金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性。金属活动性越强，金属阳离子的氧化性越弱，常用电解法；金属活动性越弱，金属阳离子的氧化性越强，用一般还原剂还原即可。2金属冶炼的三个步骤和目的3.常用的热还原法各种热还原法的优缺点：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，产生污染性气体co铝热法可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属工业成本较高对点演练1下列金属冶炼的反应原理，不合理的是( )a2nacl(熔融)2nacl2bmgoh2mgh2ocfeocofeco2d2hgo2hgo2解析：选b镁是较活泼的金属，应用电解熔融mgcl2的方法冶炼。新知探究铝热反应实验探究完成下列表格：实验操作续表实验现象镁带剧烈燃烧；铝热剂发生剧烈的反应；反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙子中铝与氧化铁反应的化学方程式fe2o32al2feal2o3(1)铝热反应中利用了铝的哪些性质？提示：还原性、反应放出大量的热及铝的熔点低。(2)金属铝可用于还原哪些金属？能否利用铝热反应冶炼镁？提示：能冶炼活动性比铝差的难熔金属。不能利用铝热反应冶炼镁，原因是mg比al活泼。(3)什么是铝热剂？镁条和kclo3的作用是什么？提示：铝热剂是铝粉和某些金属氧化物(fe3o4、cr2o3、v2o5等)组成的混合物。镁条和kclo3的作用分别是引燃剂、助燃剂。(4)引发铝热反应的操作是什么？提示：在铝热剂上放kclo3，插上镁条并将镁条点燃(5)铝热反应有何应用？提示：冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如v、cr、mn等；焊接钢轨等。名师点拨铝热反应的原理与特点(1)反应原理：铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，该反应是铝将金属氧化物中的金属置换出来的反应；反应的实质是铝将金属阳离子还原为金属单质。(2)反应特点：高温；剧烈燃烧，放出大量的热；新生成的液态金属单质易与al2o3(固态)分离。对点演练2下列对铝热反应的说法错误的是()a铝热剂中还原剂是铝粉b铝热剂是纯净物c铝与fe2o3可组成铝热剂d铝热反应是放热反应解析：选bal和fe2o3可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。3下列金属铁钙锰钒铬，可用铝热法制备的有()abc d解析：选c可用铝热法制备的金属通常具有较高的熔点，且不能比铝活泼。1金属冶炼的实质是()a金属元素失去电子b金属元素获得电子c金属元素被氧化了d金属元素可能被氧化了，也可能被还原了解析：选b 大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在，其化合价为正价，在冶炼过程中得电子被还原，故b项正确。 2下列关于金属冶炼的说法不正确的是()a热分解法适用于制备不活泼金属b热还原法的常用还原剂是c、h2、co、al等c熔融电解法适用于制备不活泼金属d水溶液中置换法适用于较活泼金属制取不活泼金属解析：选c熔融电解法适用于制备活泼金属，热还原法适用于制备较活泼的金属，热分解法适用于制备不活泼金属。3从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近几百年的事。下列跟这个先后顺序有关的是( )地壳中金属元素的含量金属活动性顺序金属的导电性金属冶炼的难易程度金属的延展性a bc d解析：选d金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度，金属冶炼的难易程度决定了金属被利用的先后顺序。4能用热分解法制得的金属是( )afe bagcmg dna解析：选b热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼，它们的化合物大多数不稳定，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，受热难分解。因此，比较活泼的钠、镁和铁不能够通过热分解法制得。5金属锂是密度最小的金属，等质量的金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是()a电解法 b热还原法c热分解法 d铝热法解析：选a可以根据金属活泼性与金属冶炼方法之间的联系解答本题，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，即采用电解法。6如图为铝热反应的实验装置，请回答有关问题：(1)纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉混合物上面的物质为_。(2)引发该铝热反应的操作为_。(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(列举两条)?_， _。解析：做铝热反应的实验时，要有引燃剂(镁带)、助燃剂(kclo3分解提供氧气)和反应物，反应物应该是铝粉与相对不活泼金属的氧化物。答案：(1)氯酸钾(或kclo3)(2)在混合物中间插一根镁带，并用燃着的小木条点燃镁带(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熔点高的金属一、选择题1下列说法中，不正确的是( )a金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来b冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂c金属由化合态变为游离态，都是被还原d金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱解析：选b金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，a项正确；有的金属化合物在发生氧化还原反应冶炼金属的时候，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如hgo，b项错误；金属元素在化合物中一定显正价，当变成金属单质后，化合价就变为0，所以是被还原，c项正确；金属被发现和应用得早，说明该金属容易被还原，从而也说明这些金属的活动性一般是较弱的，d项正确。2下列各组物质中，均能使fe2o3还原成单质铁的是( )ao2、h2bco、ccco2、h2o dal、cu解析：选b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。a中，o2是氧化剂；c中，co2无还原性，d中，cu活泼性比fe弱。3成语、诗词话科学对下列成语或诗句所描述现象的解释，你认为错误的是( )选项成语或诗句用化学知识解释a唐代李白诗句“风吹柳花满店香”这是生活中常见的一种分子扩散运动b“烈火见真金”金的性质稳定，在烈火中也不会发生反应c明代于谦诗句“粉身碎骨浑不怕”它指石灰石碾碎成粉末状的物理变化过程d成语“百炼成钢”通过反复锤炼，减少铁合金中碳元素的质量分数解析：选c诗句“粉身碎骨浑不怕”，描述的是生石灰遇水由块状变成粉末状的过程，是化学过程。4铝能用于冶炼一些金属(如钒、铬、锰等)，这是因为铝( )a既能与酸反应，又能与碱反应b导电性好c熔点低d还原性，在冶炼反应中放出大量的热量解析：选d铝能用于冶炼一些金属，是因为铝有较强的金属性，可以将一些金属性较它弱的金属置换出来。另外，在冶炼反应中放出大量的热量，使反应体系维持在高温状态，可以把一些金属性较弱的金属从它们难熔的金属氧化物中置换出来。5工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的al2o3，然后得到铝。而不是电解氯化铝，其主要原因是( )aalcl3是共价化合物，其熔融态不导电b电解alcl3生成的cl2会污染大气c用氢气还原氧化铝即可得到铝dalcl3不存在解析：选aalcl3是共价化合物，其熔融态不导电，a正确；生成cl2会污染大气，但不是主要因素，b错误；铝是活泼金属只能利用电解法制取，c错误；固体、溶液中均存在氯化铝，d错误。6下列金属的冶炼过程中，需加入还原剂的是()ahgohg bal2o3alcag2oag dcuso4cu解析：选d在冶炼金属的方法中，只有热还原法需要加入还原剂。这种方法适合冶炼金属活动性顺序表中间部分的金属如fe、cu，而后面的金属如hg、ag适合用热分解法，前面的金属如al适合用电解法。7下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是()选项冶炼原理方法a2hgo2hgo2热分解法b2al2o3(熔融)4al3o2电解法ccu2so22cuso2热分解法dfe2o32al2feal2o3热还原法解析：选c活泼金属k、ca、na、mg、al等用电解法冶炼，中等活泼金属zn、fe、sn、pb、cu等用热还原法冶炼，不活泼金属hg、ag利用热分解法冶炼，故a、b、d正确。c错误，c项为火法炼铜。8(2016信阳高一检测)用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1 mol，消耗铝最少的是()amno2 bwo3 ccr2o3 dco3o4解析：选d不必逐一写出化学方程式，分析金属元素的化合价变化即可。在反应中金属氧化物被还原为单质，显然在氧化物中金属化合价越高，变为单质时需获得的电子数越多，消耗铝越多；金属化合价越低，得电子数越少，消耗铝越少。选项提供的金属氧化物中，金属的化合价分别为：mn(4)，w(6)，cr(3)，co。co化合价最低，消耗铝最少。9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(mgcl26h2o)中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是( )a， b， c， d，解析：选b、发生的反应分别是：.cu2(oh)2co32cuoco2h2oc2cuo2cuco2.fecuso4=feso4cu.2alcr2o3al2o32cr.先从光卤石中提取mgcl2，再电解熔融的mgcl2；mgcl2(熔融)mgcl2。则属于方法，属于方法，属于方法，属于方法。10(2014新课标全国卷)下列反应中，反应后固体物质增重的是()a氢气通过灼热的cuo粉末b二氧化碳通过na2o2粉末c铝与fe2o3发生铝热反应d将锌粒投入cu(no3)2溶液解析：选b四个选项的反应方程式及固体物质质量变化如下：ah2cuo cuh2o，固体质量减小。8064b2co22na2o2=2na2co3o2，固体质量增大。156212c2alfe2o3al2o32fe，固体质量不变。dzncu(no3)2=cuzn(no3)2，固体质量减小。656411(2016广州高一检测)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nacl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解析：选cfe3o4中3个fe共显8价，故1 mol fe3o4被co还原成fe，转移8 mol e，c项错误。12钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用以冶炼钛，主要有以下五个反应：fetio32h2so4=tioso4feso42h2otioso42h2o=h2tio3h2so4h2tio3tio2h2otio22c2cl2ticl42coticl42mg2mgcl2ti针对以上五个反应，下列叙述错误的是( )a反应是非氧化还原反应b反应生成了两种酸c反应中的tio2是氧化剂d反应表现了金属镁比金属钛的还原性强解析：选c 在反应中没有化合价的变化，反应中，化学式h2tio3符合酸的一般化学式，它是钛酸的化学式。反应中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂，反应中，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。二、非选择题13粉末状试样a是由等物质的量的mgo和fe2o3组成的混合物。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20 g a全部溶于0.15 l 6.0 mol/l盐酸中，得溶液c；将中得到的单质b和溶液c反应，放出1.12 l(标准状况下)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)引发铝热反应的实验操作是_，产物中单质b是_。(2)中所发生的各反应的化学方程式为_、_。(3)中所发生的各反应的离子方程式为_、_。解析：mgo不能与铝发生置换反应，所以发生的反应是fe2o32al2feal2o3。中发生的反应是fe2o36hcl=2fecl33h2o，mgo2hcl=mgcl2h2o。中发生的反应是fe2fecl3=3fecl2，fe2hcl=fecl2h2。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。答案：(1)加少量kclo3，插上镁带并将其点燃fe(2)fe2o36hcl=2fecl33h2omgo2hcl=mgcl2h2o(3)fe2h=fe2h2 fe2fe3=3fe214孔雀石的主要成分为cuco3cu(oh)2，某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下：将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸将反应后的混合物过滤向滤液中加入一种金属粉末根据上述实验方案，试回答：(1)第步反应中的现象为_。(2)第步中加入的金属粉末是_，理由是_。(3)若向滤液中加入过量生石灰后，过滤，将沉淀加热灼烧后再通入_气体，可制得较纯净的铜。解析：孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，当加入过量稀硫酸时发生反应，固体逐渐溶解，产生二氧化碳气体、水和硫酸铜；为冶炼金属铜，可加入过量的铁粉，把铜从硫酸铜溶液中置换出来；若向滤液中加入过量生石灰后生成氢氧化铜，过滤，将氢氧化铜加热后生成氧化铜，通入氢气生成铜和水。答案：(1)固体溶解，有无色气体生成，溶液变成蓝色(2)fe铁的活泼性比铜强，可从溶液中置换出铜(3)氢气15以铝土矿(主要成分氧化铝)、盐酸、氨水为主要原料制备金属铝，反应原理如下：al2o36hcl=2alcl33h2o，alcl33nh3h2o=al(oh)33nh4cl，2al(oh)3al2o33h2o，_(完成该反应)，并指出该反应中生成标准状况下6.72 l氧气，冶炼出铝的物质的量是_mol，利用冶炼出的铝在高温下与氧化铁反应，写出该反应的化学方程式_。解析：据给出的反应可知最后一步是电解熔融的氧化铝制取金属铝，化学方程式是2al2o3(熔融)4al3o2，该反应中生成标准状况下6.72 l氧气，即氧气是6.72 l22.4 l/mol0.3 mol，故冶炼出铝的物质的量是0.3 mol430.4 mol，冶炼出的铝在高温下与氧化铁反应的化学方程式是2alfe2o32feal2o3。答案：2al2o3(熔融)4al3o20.42alfe2o32feal2o316(2016山东滨州高一检测)如图所示，a、b、c、d、e是单质，g、h、i、f是b、c、d、e分别和a形成的化合物。已知：反应cgbh能放出大量的热，该反应曾应用于铁轨的焊接；i是一种常见的温室气体，它和e可以发生反应：2ei2fd，f中e元素的质量分数为60%。回答下列问题：(1)b是一种单质，其元素在周期表中的位置是_。(2)化合物i的电子式_。(3)1.6 g g溶于盐酸，得到的溶液与铜粉完全反应，计算至少所需的铜粉的质量_。(4)c与过量naoh溶液反应的离子方程式为_，反应后溶液与过量化合物反应的离子方程式为_。(5)e在i中燃烧的方程式为_。解析：根据可知，这是铝热反应，所以c是铝，则h是氧化铝，a是氧气，g是三氧化二铁，b就是铁。常见的温室气体是co2，所以i是co2，则d是碳。能在co2中燃烧，且把co2中的碳置换出来的是镁，即e是镁，f是氧化镁，氧化镁中镁元素的质量分数是60%。答案：(1)第四周期第族(2)(3) 0.64 g(4)2al2oh2h2o=2alo3h2aloco22h2o=al(oh)3hco(5)2mgco