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-新人教版高一必修2化学课件

1、第四章化学与自然资源的开发利用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一节开发利用金属矿物和海水资源第第1 1课时金属矿物的开发利用课时金属矿物的开发利用【新课导入新课导入】 ( (教师用书备用教师用书备用) )“百炼成钢百炼成钢”讲述了古代人们冶炼钢铁的秘密讲述了古代人们冶炼钢铁的秘密, ,现在人们又是怎样从金现在人们又是怎样从金属矿物中得到金属呢属矿物中得到金属呢? ?不同的金属冶炼方法是否相同呢不同的金属冶炼方法是否相同呢? ?【课标要求课标要求】1.1.了解金属在自然界中的存在形式。了解金属在自然界中的存在形式。2.2.掌握金属的冶炼方法。掌握金属的冶炼方法。3

2、.3.掌握铝热反应原理及实验。掌握铝热反应原理及实验。4.4.了解金属回收和资源保护的意义。了解金属回收和资源保护的意义。5.5.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。知识探究知识探究 梳理知识梳理知识点拨方法点拨方法探究点一金属的冶炼探究点一金属的冶炼1.1.金属在自然界中的存在形态金属在自然界中的存在形态单质单质化合物化合物2.2.金属的冶炼金属的冶炼(1)(1)冶炼原理冶炼原理金属的冶炼是利用氧化还原反应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将金属从其化合物中 出来出来用于生产和制造各种金属材料的过程。用

3、于生产和制造各种金属材料的过程。还原还原(2)(2)冶炼方法冶炼方法常用方法常用方法() 22MgClMg CL电解熔融2322Al O () 4Al+3O 电解熔融2323CO+Fe O 2Fe+3CO高温2C+2CuO 2Cu+3CO 高温2323Fe O +2Al 2Fe+Al O高温冰晶石冰晶石其他方法其他方法思考思考 电解法冶炼铝时电解法冶炼铝时, ,能电解熔融的能电解熔融的AlClAlCl3 3吗吗? ?答案答案: :不能不能, ,因为因为AlClAlCl3 3是共价化合物是共价化合物, ,熔融时不导电。熔融时不导电。44 Fe+CuSOCu+FeSO222Cu S+O2Cu+SO

4、高温3.3.合理开发和利用金属矿物资源合理开发和利用金属矿物资源利用率利用率使用量使用量回收和再利用回收和再利用名师点拨名师点拨1.1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系2.2.金属冶炼的一般步骤金属冶炼的一般步骤过关演练过关演练 巩固知识巩固知识提升能力提升能力B B2.2.金属材料在日常生活、生产中有着广泛的应用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下列关于金属的说法不正确的是不正确的是( ( ) )A.A.越活泼的金属越难冶炼越活泼的金属越难冶炼B.B.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同合金的性质与其成分金属的性质不完全相同

5、C.C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D.D.工业上金属工业上金属MgMg、AlAl都是用电解熔融的氯化物制得的都是用电解熔融的氯化物制得的D D解析解析: :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, ,因此金属因此金属越活泼越活泼, ,对应金属阳离子氧化性越弱对应金属阳离子氧化性越弱, ,则金属越难冶炼则金属越难冶炼,A,A、C C正确正确; ;合金要比合金要比各成分金属的熔、沸点低各成分金属的熔、沸点低, ,硬度大硬度大,B,B正确正确; ;因因AlClAlCl3 3

6、为共价化合物为共价化合物, ,其熔融态其熔融态不导电不导电, ,因此不能用电解因此不能用电解AlClAlCl3 3的方法来冶炼铝的方法来冶炼铝, ,而通常用而通常用AlAl2 2O O3 3。3.3.冶炼金属一般有下列冶炼金属一般有下列4 4种方法种方法: :焦炭法焦炭法; ;水煤气水煤气( (或氢气、一氧化碳或氢气、一氧化碳) )法法; ;活泼金属置换法活泼金属置换法; ;电解法。这电解法。这4 4种方法在工业上均有应用。古代种方法在工业上均有应用。古代有有:.:.火烧孔雀石炼铜火烧孔雀石炼铜;.;.湿法炼铜。现代有湿法炼铜。现代有:.:.铝热法炼铬铝热法炼铬;.;.从光卤从光卤石石(MgC

7、l(MgCl2 26H6H2 2O)O)中炼镁。对它们的冶炼方法的分类中炼镁。对它们的冶炼方法的分类, ,不正确的是不正确的是( ( ) )A.,A.,B.,B.,C.,C.,D.,D.,B B探究点二铝热反应探究点二铝热反应知识探究知识探究 梳理知识梳理知识点拨方法点拨方法白白黑色黑色2Al+Fe2Al+Fe2 2O O3 3引燃剂引燃剂高温白白黑黑色色2Fe+Al2Fe+Al2 2O O3 3氧气氧气上上思考思考 引发铝热反应的操作是什么引发铝热反应的操作是什么? ?答案答案: :往铝热剂上放少量往铝热剂上放少量KClOKClO3 3, ,并插入镁带并插入镁带, ,然后将镁带点燃然后将镁带

8、点燃, ,即可引发即可引发铝热反应。铝热反应。名师点拨名师点拨1.1.铝热反应易错辨析铝热反应易错辨析(1)(1)铝热反应可以用铝还原氧化铁焊接钢轨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但是工业上不用此法冶炼铁, ,原因是铝的价格比铁还贵。原因是铝的价格比铁还贵。(2)(2)由于铝只能冶炼活泼性比其弱的金属由于铝只能冶炼活泼性比其弱的金属, ,是利用铝的还原性是利用铝的还原性, ,所以并不所以并不是铝与所有金属氧化物的混合物都叫铝热剂是铝与所有金属氧化物的混合物都叫铝热剂, ,如如AlAl和和NaNa2 2O O的混合物不能叫的混合物不能叫铝热剂。铝热剂。2.2.铝热

9、反应在无机框图推断中的应用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在无机框图推断中常出现的反应模式: ,: ,且且A A、C C为单质为单质,B,B、D D是化是化合物。分析该反应的特点合物。分析该反应的特点: :该反应是置换反应且条件是高温该反应是置换反应且条件是高温, ,可初步确定可初步确定是铝热反应是铝热反应, ,且且A A是铝。再结合其他的条件确定其他物质。是铝。再结合其他的条件确定其他物质。过关演练过关演练 巩固知识巩固知识提升能力提升能力1.1.关于金属冶炼的叙述正确的是关于金属冶炼的叙述正确的是( ( ) )A.A.工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁工业上可

10、利用铝热反应大量冶炼金属铁B.B.金属钠、铝和铜都可用还原法制备金属钠、铝和铜都可用还原法制备C.C.加强热加强热, ,使使CuOCuO在高温条件下分解制备单质在高温条件下分解制备单质CuCuD.D.用足量用足量COCO还原磁铁矿得到还原磁铁矿得到9 mol9 mol铁时转移铁时转移24 mol24 mol电子电子D D解析解析: :铝热反应是可以用来冶炼高熔点金属铝热反应是可以用来冶炼高熔点金属, ,如金属铁如金属铁, ,但是大量金属铁的但是大量金属铁的冶炼是一般采用还原法冶炼是一般采用还原法, ,故故A A错误错误; ;金属钠、铝等活泼金属的冶炼采用电解金属钠、铝等活泼金属的冶炼采用电解法

11、法, ,故故B B错误错误; ;制备制备CuCu应用热还原法应用热还原法, ,故故C C错误错误;Fe;Fe3 3O O4 4中中FeFe元素化合价有元素化合价有+2+2价、价、+3+3价价,1 mol Fe,1 mol Fe3 3O O4 4被被COCO全部还原成全部还原成FeFe时时, ,转移转移8 mol8 mol电子电子, ,得到得到 9 mol 9 mol 铁时铁时转移转移24 mol24 mol电子电子, ,故故D D正确。正确。2.2.下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是( ( ) )A.CrA.Cr2 2O O3 3B.MnOB.MnO2 2C.

12、NaC.Na2 2O OD.VD.V2 2O O5 5C C解析解析: :铝热反应的本质是铝置换活动性比它弱的金属。铝热反应的本质是铝置换活动性比它弱的金属。3.3.如图为铝热反应的实验装置如图为铝热反应的实验装置, ,请回答下列问题请回答下列问题: :(1)(1)纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉的混合物上面的物质是纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉的混合物上面的物质是。(2)(2)引发铝热反应的操作为引发铝热反应的操作为 。解析解析: :(1)(1)铺在铺在FeFe2 2O O3 3和和AlAl粉混合物上面的物质是粉混合物上面的物质是KClOKClO3 3, ,作用是引发铝热作用是引发铝热反应。反应。(2)(

13、2)利用镁带燃烧放热促使利用镁带燃烧放热促使KClOKClO3 3分解产生分解产生O O2 2, ,从而引发铝热反应。从而引发铝热反应。答案答案: :(1)KClO(1)KClO3 3( (氯酸钾氯酸钾) )(2)(2)在混合物中间插一根镁带在混合物中间插一根镁带, ,并用燃着的小木条并用燃着的小木条( (或火柴或火柴) )点燃镁带点燃镁带(3)(3)若将氧化铁换成氧化镁若将氧化铁换成氧化镁, ,该反应能否发生该反应能否发生? ?( (填填“能能”或或“不不能能”),),理由是理由是 。(4)(4)铝热反应的用途有哪些铝热反应的用途有哪些? ? 。解析解析: :(3)Mg(3)Mg比比AlAl

14、活泼活泼,Al,Al不能从不能从MgOMgO中置换出中置换出MgMg。(4)(4)利用铝热反应冶炼高熔点金属、焊接钢轨。利用铝热反应冶炼高熔点金属、焊接钢轨。答案答案: :(3)(3)不能镁比铝活泼不能镁比铝活泼, ,铝不能置换镁铝不能置换镁(4)(4)用于焊接钢轨、冶炼某些金属用于焊接钢轨、冶炼某些金属课堂检测课堂检测 即学即测即学即测查漏补缺查漏补缺1.1.从石器、青铜器到铁器时代从石器、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, ,之所以有先后之所以有

15、先后, ,主要取决于主要取决于( ( ) )A.A.金属导电性强弱金属导电性强弱B.B.金属在地壳中的含量多少金属在地壳中的含量多少C.C.金属的化合价高低金属的化合价高低D.D.金属的活泼性强弱金属的活泼性强弱解析解析: :分析图表知分析图表知,Al,Al、FeFe、CuCu三种金属活泼性逐渐减弱三种金属活泼性逐渐减弱, ,而三种金属开发而三种金属开发利用的时间由晚到早利用的时间由晚到早, ,由此可判断金属活泼性越强由此可判断金属活泼性越强, ,冶炼越困难冶炼越困难, ,开发利用开发利用的时间越晚。的时间越晚。D D解析解析: :铝置换出铁铝置换出铁, ,铁再和盐酸反应生成铁再和盐酸反应生成

16、H H2 2和铝直接与烧碱反应生成和铝直接与烧碱反应生成H H2 2转转移的电子数目应该相同移的电子数目应该相同, ,化学方程式如下化学方程式如下:2Al+3FeO Al:2Al+3FeO Al2 2O O3 3+3Fe,+3Fe,3Fe+6HCl 3FeCl3Fe+6HCl 3FeCl2 2+3H+3H2 2;2Al+2NaOH+2H;2Al+2NaOH+2H2 2O 2NaAlOO 2NaAlO2 2+3H+3H2 2;由此由此可看出可看出两种情况下生成的气体的质量比为两种情况下生成的气体的质量比为1 1。C C2.2.把铝粉和氧化亚铁粉末配成铝热剂把铝粉和氧化亚铁粉末配成铝热剂, ,分成

17、两等份。一份在高温下恰好完分成两等份。一份在高温下恰好完全反应后全反应后, ,再与足量盐酸反应再与足量盐酸反应; ;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应。前后两种情况下生成的气体的质量比是( ( ) )A.32A.32B.23B.23C.11C.11D.289D.2893.3.热还原法冶炼金属的反应一定是热还原法冶炼金属的反应一定是( ( ) )A.A.氧化还原反应氧化还原反应B.B.置换反应置换反应C.C.复分解反应复分解反应D.D.分解反应分解反应A A解析解析: :热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应热还原法

18、冶炼金属的反应一定不是复分解反应, ,也一定不是分解也一定不是分解反应反应, ,不一定是置换反应不一定是置换反应, ,如如3CO+Fe3CO+Fe2 2O O3 3 2Fe+3CO2Fe+3CO2 2, ,但一定是氧化还但一定是氧化还原反应。原反应。4.4.某同学对某同学对“铝热反应铝热反应”的现象有这样的描述的现象有这样的描述:“:“反应放出大量的热反应放出大量的热, ,并发出耀眼的并发出耀眼的光芒光芒”;“;“纸漏斗的下部被烧穿纸漏斗的下部被烧穿, ,有熔融物落入沙中有熔融物落入沙中”。由化学手册查阅得有关物质。由化学手册查阅得有关物质的熔、沸点数据如下表。的熔、沸点数据如下表。(1)(1

19、)该同学推测该同学推测, ,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使铁熔化, ,而铝的熔点比铁的低而铝的熔点比铁的低, ,此时液态的铁和铝熔合成铁铝合金此时液态的铁和铝熔合成铁铝合金, ,你认为他的解释你认为他的解释是否合理是否合理( (填填“合理合理”或或“不合理不合理”) )。(2)(2)设计一个简单的实验方案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。该实验所用试剂是用试剂是, ,反应的离子方程式为反应的离子方程式为 。(3)(3)实验

20、室溶解该熔融物实验室溶解该熔融物, ,下列试剂中最好的是下列试剂中最好的是( (填序号填序号),),并说明理由并说明理由: : 。A.A.浓硫酸浓硫酸B.B.稀硫酸稀硫酸C.C.稀硝酸稀硝酸D.D.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液解析解析: :(1)(1)根据表中各物质的熔点根据表中各物质的熔点, ,铁和铝可以熔合成铁铝合金铁和铝可以熔合成铁铝合金, ,故解释合故解释合理。理。(2)(2)由于金属铝可以与由于金属铝可以与NaOHNaOH溶液反应而铁不能溶液反应而铁不能, ,故可以选用的试剂为故可以选用的试剂为NaOHNaOH溶液。溶液。答案答案: :(1)(1)合理合理(2)NaOH(2)NaOH溶液

21、溶液2Al+2OH2Al+2OH- -+2H+2H2 2O 2Al +3HO 2Al +3H2 2(3)B(3)B若用若用A A、C C溶解样品会产生溶解样品会产生SOSO2 2、NONO等有毒气体等有毒气体, ,用用D,D,则则FeFe不会与不会与NaOHNaOH溶液反应溶液反应( (或用或用B B既能将样品全部溶解既能将样品全部溶解, ,又不会生成有害气体又不会生成有害气体) )-2O5.5.用如图所示的装置进行实验用如图所示的装置进行实验, ,回答下列问题。回答下列问题。(1)(1)写出该反应的化学方程式写出该反应的化学方程式: : ,在该反应中在该反应中是氧化剂是氧化剂, ,是还原剂是

22、还原剂, ,该反应称为该反应称为反应。反应。解析解析: :(1)(1)铝热反应为铝热反应为2Al+Fe2Al+Fe2 2O O3 3 2Fe+Al2Fe+Al2 2O O3 3, ,该反应中该反应中FeFe2 2O O3 3作氧化剂作氧化剂,Al,Al作还原剂。作还原剂。答案答案: :(1)Fe(1)Fe2 2O O3 3+2Al Al+2Al Al2 2O O3 3+2Fe+2FeFeFe2 2O O3 3AlAl铝热铝热(2)(2)写出下列操作或物质的作用。内层纸漏斗底部剪一个孔写出下列操作或物质的作用。内层纸漏斗底部剪一个孔: : ; ;蒸发皿盛沙子蒸发皿盛沙子: : ; ;镁带、氯酸钾

23、镁带、氯酸钾: : 。解析解析: :(2)(2)铝热反应实验中铝热反应实验中: :为使熔融物易落下为使熔融物易落下, ,通常在内层纸漏斗底部剪通常在内层纸漏斗底部剪一个孔一个孔; ;为防止溅落物炸裂蒸发皿为防止溅落物炸裂蒸发皿, ,蒸发皿内盛沙子蒸发皿内盛沙子; ;反应中镁带燃烧产生反应中镁带燃烧产生高温高温, ,引起氯酸钾分解引起氯酸钾分解, ,提供氧气又加快镁带充分燃烧产生高温提供氧气又加快镁带充分燃烧产生高温, ,引发铝热引发铝热反应。反应。答案答案: :(2)(2)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿发生反应、提供使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿发生反应、提供O O2 2、产生高温

24、、产生高温, ,引发铝热反应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。解题时应该根难度和题量较大。解题时应该根据所学知识综合分析据所学知识综合分析, ,灵活处理。灵活处理。【典型例题典型例题】 粉末状试样粉末状试样A A是由等物质的量的是由等物质的量的MgOMgO和和Fe2O3Fe2O3组成的混合物。组成的混合物。现进行如下实验现进

25、行如下实验: :取适量取适量A A进行铝热反应进行铝热反应, ,产物中有单质产物中有单质B B生成生成; ;另取另取20 g A20 g A全部溶于全部溶于0.15 L 6.0 molL-10.15 L 6.0 molL-1盐酸中盐酸中, ,得溶液得溶液C;C;将中得到的单质将中得到的单质B B和溶液和溶液C C反应反应, ,放出放出1.12 L(1.12 L(标准状况标准状况) )气体气体, ,同时生同时生成溶液成溶液D,D,还残留有固体物质还残留有固体物质B;B;用用KSCNKSCN溶液检验时溶液检验时, ,溶液溶液D D不变色。不变色。请填空请填空: :(1)(1)中引发铝热反应的实验操

26、作是中引发铝热反应的实验操作是。产。产物中的单质物中的单质B B是是 ( (填化学式填化学式) )。(2)(2)中所发生反应的化学方程式是中所发生反应的化学方程式是 。(3)(3)中所发生的各反应的离子方程式是中所发生的各反应的离子方程式是 。(4)(4)若溶液若溶液D D的体积仍视为的体积仍视为0.15 L,0.15 L,则该溶液中则该溶液中c(Mgc(Mg2+2+) )为为 , ,c(Fec(Fe2+2+) )为为 。解析解析: :MgOMgO不能与铝发生置换反应不能与铝发生置换反应, ,所以中发生的反应是所以中发生的反应是FeFe2 2O O3 3+2Al+2Al2Fe+Al2Fe+Al

27、2 2O O3 3。中加入。中加入KSCNKSCN溶液不变色溶液不变色, ,说明说明FeFe3+3+完全被还原为完全被还原为FeFe2+2+, ,溶液溶液D D为为MgClMgCl2 2、FeClFeCl2 2的混合液。根据题意假设的混合液。根据题意假设20 g A20 g A中中MgOMgO和和FeFe2 2O O3 3的物质的量均的物质的量均为为x,x,则则40 gmol40 gmol-1-1x+160 gmolx+160 gmol-1-1x=20 g,x=20 g,解得解得x=0.1 molx=0.1 mol。溶液中。溶液中MgMg2+2+的的物质的量等于物质的量等于MgOMgO的物质的

28、量的物质的量,c(Mg,c(Mg2+2+)0.67 molL)0.67 molL-1-1, ,反应后原加入的盐反应后原加入的盐酸中的酸中的ClCl- -全部转全部转 移移 到到FeClFeCl2 2和和MgClMgCl2 2中中,Cl,Cl- -守恒守恒, ,所以溶液所以溶液D D中中:n(Cl:n(Cl- -)=n(Mg)=n(Mg2+2+) )2+n(Fe2+n(Fe2+2+) )2=6.0 molL2=6.0 molL-1-10.15 L=0.9 mol,n(Fe0.15 L=0.9 mol,n(Fe2+2+)=0.35 mol,)=0.35 mol,所以所以c(Fec(Fe2+2+)2

29、.3 molL)2.3 molL-1-1。答案答案: :(1)(1)加少量加少量KClOKClO3 3, ,插上镁条并将其点燃插上镁条并将其点燃FeFe(2)Fe(2)Fe2 2O O3 3+6HCl 2FeCl+6HCl 2FeCl3 3+3H+3H2 2O,MgO+2HCl MgClO,MgO+2HCl MgCl2 2+H+H2 2O O(3)Fe+2H(3)Fe+2H+ + FeFe2+2+H+H2 2,Fe+2Fe,Fe+2Fe3+ 3+ 3Fe3Fe2+2+(4)0.67 molL(4)0.67 molL-1-12.3 molL2.3 molL-1-1【变式练习变式练习】 铁砂的主要

30、成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石等混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。并进行铝热反应实验。(1)(1)取磁性氧化铁按图装置进行铝热反应现象很壮观取磁性氧化铁按图装置进行铝热反应现象很壮观, ,取少许反应生成的取少许反应生成的“铁块铁块”溶于盐酸溶于盐酸, ,向其中滴加向其中滴加KSCNKSCN溶液溶液, ,发现溶液变红色。出现这种结果发现溶液变红色。出现这种结果的原因的原因, ,除了可能混有没反应的磁性氧化铁外除了可能混有没反应的磁性氧化铁外, ,还有一个原因是还有一个原因是 。解析解析: :(1)(1)取少许反应生成的取少许反应生成的“铁块铁块”溶于盐酸溶于盐酸, ,向其中滴加向其中滴加KSCNKSCN溶