人教版高中化学必修2第四单元第一节开发利用金属矿物和海水资源-课件13.ppt

内容概述本节内容主要包括两个方面，一是利用化学变化不断地提供人类生存和发展的物质条件(主要包括获得有用物质和获得能量)，利用化学变化还可以创造自然界原本没有的物质(主要指合成有机高分子化合物)，从而使生活更加方便、舒适；二是在开发自然资源的过程中，必须深刻地认识到保护周围环境、维护生态平衡的重要性，建立可持续发展的观念。,本节以金属矿物、海水和化石燃料等为例，使同学们了解利用化学变化实现物质间的转化，以及这些过程和产物在我们日常生活和社会发展中的重要作用，并从科学、技术和社会相互作用的角度，帮助同学们加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题。本节还包括无机物之间的转化(在固态和溶液状态下，金属及其化合物、非金属及其化合物的反应)、有机物之间的转化(裂解反应、聚合反应)。,综合起来说，本节的内容结构是：,重点难点本节学习重点1了解化学方法在金属矿物开发(主要是金属冶炼)及海水资源开发中的作用。2煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用。3通过环境保护和绿色化学的有关知识，加强环保意识并培养绿色化学的理念。4培养知识迁移和推理能力，通过已有知识和推理得出结论，从而掌握一定的逻辑思维能力；,5初步建立设计实验方案和装置的能力；6形成理论联系实际的能力，将本课知识与大量丰富的生活实际联系起来，使感性知识和理性知识有机结合。本节学习难点1在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。2石油裂化的原理。,学习目标1以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用，体会保护金属资源的重要性。2了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。3认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用的意义。4以聚乙烯为例，了解高分子材料在生产、生活等领域中的应用及可能带来的环境问题。5认识化学在环境保护中的作用，树立绿色化学的观念。,学法点拨在高考中常以选择题或与实验题结合在一起进行考查，从海水中提取镁、溴、碘、食盐等，铁、铝的冶炼等是高考的热点。在学习中应注意尝试探究以下方法：,1实验探究法：紧紧围绕金属矿物、海水和化石燃料这些重要自然资源综合利用中的化学基本原理和基础知识，例如：金属活动性顺序；氧化还原反应原理及其应用；典型非金属元素卤素及其化合物之间的化学转化；分离混合物的基本操作蒸馏、分馏；具有典型结构的有机物乙烯的聚合。2材料总结法：关于关注自然资源开发和社会可持续发展这一当今社会热点问题，努力揭示化学在面对解决这一问题中的作用和价值通过教科书提供的资料(或通过自己查阅其他资料)进行归纳总结。,3归纳总结法：对化学基本原理和基础知识，金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系，能够在已有知识规律的基础上进行归纳总结，并将知识进行迁移，得到新的知识规律。4合作学习法：本节的很多内容由于时代性鲜明以及内容呈现的多样化，需要同学们进行合作、交流，得到共识。总之，学习本节的过程中，要关注有关自然资源开发和社会可持续发展的一些社会热点问题，并注意分析和体验所学的知识在面对和解决这些问题时的作用和价值。,开发利用金属矿物和海水资源,地球上的金属资源十分丰富，除蕴藏在地壳中的外，还有数量很大的海滨沙矿和海底金属矿藏(如锰结核和重金属矿床等)，它们为人类的生活和生产提供了丰厚的物质基础。人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，这也就是人们常说的金属的冶炼。,一提起冶金生产，人们就会想到著名诗人李白的“炉火照天地，红星乱紫烟”的名句，红光满天、火花四溅、浓烟滚滚成了传统冶金的生产的独特风景。然而随着环境要求的日益严格和资源的分化，采用适合资源特点的清洁无污染、低耗高效的新工艺、新技术已成为现代冶金生产的迫切要求。世界上古老的文化发源地在使用和冶炼金属的历史上都无一例外的是铜先于铁，你能分析其中的原因吗？想一想，金属活动性顺序与金属冶炼方法之间存在什么关系？,梳理导引1金属在自然界中存在的形态；除_等极少数金属外，绝大多金属以_的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显_。2金属冶炼的原理：金属的冶炼是利用_原理，在一定条件下，使金属离子_被_成金属原子，金属原子聚集成金属单质。,3金属冶炼的方法(1)热分解法：HgO分解_Ag2O分解_。(2)热还原法：常用的还原剂有_，适用于金属活动顺序表中Zn、Cu之间的金属。焦炭炼铁_；,碳还原CuO_；H2还原WO3_；Al还原Fe2O3_(铝热反应),(3)电解法：适用于金属活动顺序中Al及其前面的金属。制铝_，制钠_，制镁_。,答案：1.金、铂化合物正化合价2氧化还原得到电子还原,问题探究1不同的金属元素，将其由化合态还原为游离态的难易程度是否相同？简要分析其中的关系提示：不同的金属元素，将其由化合态还原为游离态的难易程度是不相同的，有的还差别很大。金属元素的原子失电子越容易，该金属元素的阳离子(或正价态原子)得电子就越难；相反，金属元素的原子失去电子越难，该金属元素的阳离子(或正价态原子)得电子就越容易。不同的金属元素，其金属性(原子失去电子的能力)不同，因此，将不同的金属元素由化合态还原为游离态的难易程度不同，有的甚至差别很大。,细品教材1金属在自然界中存在的形态及分布特点：(1)存在形态除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。,(2)分布的特点量大。自然界中的金属元素种类约占全部元素种类的80%，面广。矿物中、动植物体中、水中都含有金属元素。形态不一。有游离态，也有化合态(全为正价态)。数量不均。自然界中以化合态形式存在的金属元素多，以游离态形式存在的金属元素少。有的金属元素含量高，有的金属元素含量低。如几种金属元素在地壳中的质量分数为：Al7.45%，Fe4.2%，Ca3.25%，Na2.40%，Mg2.35%，K2.35%，Po(钋)51014%，Pa(镤)71011%。,2金属的冶炼原理及方法原理：用还原法把化合态的金属还原成游离态的金属。MnneM方法(1)热分解法某些不活泼金属的离子得电子能力较强，仅用加热的方法就可能使其从化合物中游离出来。,(2)高温还原法多数金属的冶炼，都采用该方法，即在高温下，采用适当的还原剂将金属从化合物中还原出来的方法。注：热还原法常用的还原剂有：焦炭、CO、H2及较活泼金属。,(3)电解法活泼金属，一般的还原剂很难还原。工业上常用电解法冶炼。,(4)湿法在工业上还有一种冶金方法叫做湿法冶金，也称为水法冶金。它是利用在溶液中发生的化学反应(如置换)，对金属进行提取和分离的冶金过程，例如：FeCuSO4=FeSO4Cu。金属越活泼，其对应离子越难得电子，越难被还原成单质。,3金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系,温馨提示：(1)活泼金属(K、Ca、Na、Mg、Al等)的离子得电子的能力很弱，很难被还原剂还原。故通常用电解其熔融盐或熔融氧化物的方法来制取活泼金属。,(3)Al2O3的熔点很高，为了来降低其熔点，通常要加入冰晶石(Na3AlF6)来降低其熔点，节省能源。(4)由于生产条件的不同，同一种金属也可能有多种冶炼方法，但冶炼方法的总的趋势是，金属活动性顺序中金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。,4自然资源与可持续发展(1)自然资源：指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。(2)可持续发展目标：满足人类的需要；强调人类的行为受到自然界的制约；强调人与人之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和地区之间的公平。内容：经济可持续发展；社会可持续发展；资源可持续发展；环境可持续发展；全球可持续发展。,典例精析【例1】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】掌握各种冶炼金属方法的原理是解答本题的关键，本题主要考查金属的冶炼方法。由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法。(1)热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属，如汞、银。(2)热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al)还原金属氧化物，适合于金属活动性介于ZnCu之间的大多数金属的冶炼。,(3)电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般是在金属活动性顺序中排在铝前边的金属)对于()、()、()、()发生的反应分别是：,【答案】B,【例2】下列金属冶炼的反应原理，错误的是(),【解析】本题主要考查有关金属冶炼的反应原理。一般很活泼的金属用电解法(KAl)。较活泼的金属用还原法(ZnCu)。此法要求在高温时还原剂的还原性大于被冶炼的金属；不活泼的金属用热分解法(Hg、Ag)。由于Mg的还原性大于H2，故B不正确。【答案】B,【点拨】金属的冶炼方法通常用电解法、高温还原法和热分解法。,下列叙述错误的是()A炼铁时，还原剂CO将铁从铁矿中还原出来B活泼金属Na用电解法冶炼C汞的冶炼只能用还原剂法D铝的冶炼一般用还原剂法【解析】活泼金属K、Na、Ca、Al用电解法冶炼，故D错；多数金属的冶炼用热还原法如Fe、W、Cr等；有些不活泼金属用热分解法就可制得如Hg、Ag等，故C错。【答案】C、D,有关金属的冶炼原理下列说法正确的是()A肯定发生的是置换反应B肯定发生的是分解反应C肯定发生的是氧化还原反应D只能用金属做还原剂冶炼金属,【解析】金属大部分以化合态存在于自然界中，且金属元素无负化合价，所以金属冶炼的实质是将化合态金属元素还原为游离态，必定发生氧化还原反应，但是不一定是置换反应，如CO还原Fe2O3。还原剂可以是金属，如Fe还原CuSO4，也可以是非金属，如H2还原CuO。【答案】C,细品教材1铝热反应实验探究(1)实验步骤把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起，内层漏斗底部剪一个小孔后用水润湿。并架在铁圈上；将5g炒干的Fe2O3粉末和2g铝粉混匀后放入纸漏斗中，在混合物上面加少量KClO3固体。中间插一根用砂纸打磨过的镁条；用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。,(2)铝热反应的装置(3)实验现象：Mg条剧烈燃烧放出大量的热，发出耀眼的强光，纸漏斗被烧穿，熔融物落入沙中。冷却后观察为铁珠。,铝热反应的应用：应用在生产上，可用于焊接钢轨等。冶金工业上用于冶炼高熔点金属。2金属冶炼的规律金属冶炼的实质是将金属阳离子采用不同的方法还原为金属单质，金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。,温馨提示：(1)由于生产条件不同，同种金属可能有多种冶炼方法，但冶炼方法的总趋势是：金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越易被还原，越靠前，越难被还原。最活泼的金属只能用最强的还原手段(电解法来还原)。(2)判断金属活动性的规律：金属与水或酸的反应越剧烈，该金属越活泼。金属对应的氢氧化物的碱性越强，该金属越活泼。一种金属能从另一种金属的盐溶液中将其置换出来，则该金属活泼性比另一金属强。两金属能构成原电池时，作负极的金属比作正极的金属活泼。,在电解的过程中，一般的先得电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性比后得电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性弱。,3金属的回收和资源保护(1)地球上金属矿产资源的存量与人类需求的矛盾地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不可再生的，随着人类不断开发利用，矿产资源将会日渐减少，地球上金属矿产资源的存量与人类需求的矛盾日益突出。(2)金属制品在使用过程中的变化金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏，同时由于生产的发展，新的产品要不断替代旧的产品，因而每年就有大量废旧金属产生，废旧金属是一种固体废弃物，会污染环境。,(3)金属回收的意义把废旧金属作为一种资源，加以回收利用。这样做，既防止污染环境，又缓解了资源短缺的矛盾。据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新铝制饮料罐便宜20%，而且可以节约95%的能源。回收的废旧金属，大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。例如，废旧钢铁可以用于炼钢，废铁屑可以用于制铁盐，从电解精炼铜的阳极泥中，可回收金、银等贵重金属，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。,典例精析【例3】冶炼金属常用以下几种方法：以C、CO或H2作还原剂还原电解法热分解铝热反应这些方法适宜用来冶炼哪些金属？法适用于_；,法适用于_；法适用于_；法适用于_。,【答案】法适用于Fe、Zn、Cu等较活泼的金属法适用于活泼金属(如Na、Mg、Al等)法适用于Hg、Ag等不活泼金属法适用于高熔点金属(如V、Cr、Mn等)的冶炼【点拨】根据金属的活动性来确定金属的冶炼方法。,【例4】将两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起使四周都是四层，把内层“纸漏斗”取出，在其底部剪一个孔，用水湿润，再与另一“纸漏斗”套在一起，架在铁架台铁圈上，下面放有盛有细沙的蒸发皿；将5g烘干的三氧化二铁粉末和2g铝粉混合均匀，放在“纸漏斗”中，上面加少量氯酸钾，并在混合物中插一根镁条，用燃着的木条点燃镁条。回答下列问题：(1)上述反应的实验现象为_。因此铝可用于制造信号弹、燃烧弹、火箭推进剂等。,(2)上述反应的化学方程式为_，此反应称为铝热反应，铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂，铝热反应可用于焊接铁轨。铝粉可以和铁、铬、锰的氧化物粉末发生铝热反应，铝变成氧化铝，铁、铬、锰等金属氧化物变成相应的金属单质。写出下面反应的方程式：AlMnO2_，,AlCr2O3