必修二第四章 第一节第一课时 开发利用金属矿物和海水资源

1、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1.了解金属冶炼的一般原理及冶炼的一般方法。(重点)2. 了解金属回收的意义，树立资源保护意识。金属矿物的开发利用阅读教材P88至P90思考与交流，完成以下问题。1金属在自然界中的存在形态2金属的冶炼(1)热分解法适用于不活泼金属的冶炼。请写出下列反应的化学方程式：加热分解HgO：2HgO2HgO2。加热分解Ag2O：2Ag2O4AgO2。(2)电解法适用于非常活泼金属的冶炼。请补全下列反应的化学方程式：冶炼金属钠：2NaCl(熔融)2NaCl2冶炼金属镁：MgCl2(熔融)MgCl2冶炼金属铝：2Al2O3(熔融)4Al3O2。3高温

2、还原法适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有C、CO、H2等。请写出下列冶炼金属化学方程式(下同)：(1)高炉炼铁：Fe2O33CO2Fe3CO2。(2)铝热反应炼铁：Fe2O32Al2FeAl2O3。(3)用氢气还原氧化铜：CuOH2CuH2O。4其他方法(1)火法炼铜：Cu2SO22CuSO2。(2)湿法炼铜：FeCuSO4=FeSO4Cu。5合理开发和利用金属矿物资源【判断】1黄金的冶炼需要热分解法。(×)2金属冶炼的实质是把金属从化合态还原为游离态。()3工业上采用热还法冶炼金属钠。(×)4氧化镁与铝粉混合在一定条件下能发生铝热反应制得镁。(×)铝

3、热反应1.铝热反应概念铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物反应特点在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等2铝热反应实验实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。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，有熔融物落入沙中实验结论在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出

4、大量的热注意事项(1)镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人(5)实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤【活学活用】用如图所示的装置做铝热反应实验，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。(2)选出该实验的实验现象：_(填序号)。镁带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

5、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：_；镁带：_；氯酸钾：_。【解析】(1)铝热反应为2AlFe2O32FeAl2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。(2)全为该铝热反应的现象。(3)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；反应中镁带提供热量使氯酸钾分解；氯酸钾分解引发铝热反应。【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起氯酸钾分解引发铝热反应预习完成后，请把你认为难以解决的问

6、题记录在下面的表格中：问题1问题2问题3问题4实验探究铝热反应的产物探究背景右图是铝热反应的实验装置图，该反应的化学方程式为2AlFe2O32FeAl2O3。关于“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”。探究问题1能否利用铝热反应冶炼钠或镁？【提示】不能。铝热反应的实质是置换反应，利用铝的活泼性置换出较不活泼的金属，钠、镁比铝活泼，应利用电解法冶炼。2已知，Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下：物质AlFe2O3Al2O3Fe熔点()6601 4622 0541 535沸点()2 4672 9802 750

7、据此有同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金，该同学的推测是否合理？请说明理由。【提示】合理。因为Fe的熔点比Al的熔点高，但比Al的沸点低，即铁熔化时，Al已熔化但并没有气化，因此Fe、Al熔合在一起形成铁铝合金。3实验室欲在常温下溶解此熔融物，能否选用稀硫酸？能否选用浓硫酸或NaOH溶液？请说明理由。【提示】能选择稀硫酸，因为稀硫酸能完全溶解此熔融物，并且不会造成环境污染；不能选择浓硫酸或NaOH溶液，因为浓硫酸会使Fe、Al钝化，NaOH溶液不能溶解单质铁。4请设计一个简单的实验方案，证明所得的块状熔融物中是否含有金属铝。【提示】取适量样品置于试管中，加入NaOH溶液，若有气泡产生

8、，说明熔融物中存在金属铝；若不产生气泡，则证明熔融物中不存在金属铝。金属冶炼方法的选择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，【思路点拨】【解析】金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的状态、金属活动性等有关，需要在理解的基础上加以记忆：、发生的反应分别是：.Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2OC2CuO2CuCO2.FeCuSO4=FeSO4C

9、u.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。综上分析，B选项不正确。【答案】B1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金属的活动性强弱【解析】分析图表知，Al、Fe、Cu三种金属活动性逐渐减弱，而三种金属开发利用的时间由晚到早，由此可判断金属活动性越强，冶炼越困难，开发利用的时间越晚。【答案】D2下列金属冶炼的反应原理，错误的

10、是()A2NaCl(熔融)2NaCl2BMgOH2MgH2OCFe3O44CO3Fe4CO2D2HgO2HgO2【解析】KAl等活泼金属不能用普通的还原剂把它们还原出来，一般采用的是电解熔融盐或氧化物的方法冶炼。ZnCu等金属可以用还原剂(如CO、H2、C)等高温还原的方法冶炼，必要时再用其他方法(比如铜的精炼)进一步精炼。更不活泼的金属由于它们的化合物更不稳定，因此一般采用热分解法冶炼。【答案】B3金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是()A电解法 B热还原法C热分解法 D铝热法【解析】可以

11、根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来判断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，都用电解法才能得到金属单质。【答案】A4下列各组物质中，均能使Fe2O3还原成单质铁的是()ACO、O2、H2 BCO、CO2、CCCO2、H2O、O2 DAl、C、H2【解析】还原性强的物质(如Al、C、H2、CO等)一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。【答案】D5根据CO还原铁的氧化物的实验装置图(如图所示)，回答下列问题：(1)怎样知道硬质玻璃管中Fe2O3已开始反应？_。(2)在A处点燃，可观察到的现象是_，为什么要在A处点燃？_。(3)实验结束时应注意的操作是_。先停止通入CO先熄

12、灭酒精喷灯，并继续通入CO熄灭酒精喷灯，同时停止通入CO先熄灭酒精喷灯，继续通入CO至被还原的铁粉冷却，并点燃排出的CO气体【解析】(1)开始发生反应时，硬质玻璃管中红色物质逐渐变黑，B中澄清石灰水开始变浑浊；(2)CO燃烧可见浅蓝色的火焰；因CO有毒，为防止CO污染空气，必须点燃处理未反应的CO；(3)先熄灭酒精喷灯，继续通入CO至被还原的铁粉冷却，并点燃排出的CO气体，这样可以防止铁在冷却过程中被氧化及CO污染空气或使人中毒。【答案】(1)当硬质玻璃管中红色物质开始变黑时，B中澄清石灰水开始变浑浊，说明开始发生反应(2)有浅蓝色的火焰因CO有毒，为防止CO污染空气，必须点燃处理未反应的CO

13、(3)A组基础过关1工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法，由于金属的化学活动性不同，因此选用不同的冶炼方法。你认为选择方法主要依据()A金属在自然界的存在形式B金属元素在地壳中的含量C金属熔点高低D金属阳离子得电子能力【解析】冶炼金属选择方法是根据金属活动性，也可认为是对应金属阳离子的得电子能力。【答案】D2下列说法中正确的是()A金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来B金属冶炼过程中，被冶炼的金属被氧化C金属冶炼过程中，被冶炼的金属被还原D金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原【解析】金属的冶炼是将金属从其化合物中还原出来，金属在化合物中只能显正价。冶炼时化合价只可

14、能降低，被还原。【答案】C3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】熔融电解法适用于制备活泼金属，热还原法适用于制备比较活泼的金属，热分解法适用于制备不活泼金属。【答案】C4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】活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活

15、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。【答案】C5分析推理是化学学习的方法之一。下列实验推理中，正确的是()A金属的冶炼方法与金属的活泼性有很大关系，所以银和汞可以用热分解的方法冶炼B钠比铜活泼，所以钠可以从硫酸铜溶液中置换出铜C工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁，所以工业上电解熔融氯化铝可制得铝D将镁条和铝片用导线连接再插进稀NaOH溶液中，镁条上产生气泡，说明镁比铝活泼【解析】B项，钠比铜活泼，但将钠放入硫酸铜溶液中钠与水反应，不能从硫酸铜溶液中置换出铜；C项，工业上电解熔融氯化镁可制得金属镁，但熔

16、融氯化铝不导电，所以不能用电解熔融氯化铝的方法来制取铝；D项，由于铝片能够与NaOH溶液反应，而镁条与NaOH溶液不反应，所以将镁条和铝片用导线连接再插进稀NaOH溶液中，镁条为原电池正极，镁条上产生气泡，但不能说明镁比铝活泼。【答案】A6在冶金工业上，均不能用通常的化学还原剂制得的一组是()ANa、Ca、Mg、Al、KBNa、K、Zn、Fe、HgCZn、Fe、Cu、Ag、Sn DMg、Al、Zn、Fe、Pb【解析】A项中的金属均为活泼金属，通常用电解法冶炼。【答案】A7下列化工原理生产中错误的是()可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁用电解法冶炼铝时

17、，原料是氯化铝工业上用电解氯化镁的方法制取金属镁A BC D【解析】工业上一般采用电解熔融氯化钠的方法冶炼金属钠；若将钠加入到氯化镁溶液中，发生反应：2Na2H2O=2NaOHH2，MgCl22NaOH=Mg(OH)2NaCl，所以不能冶炼金属镁；氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝做原料，通过电解的方法得到金属铝；由于MgO、MgCl2均为离子化合物且熔点：MgCl2<MgO，所以工业上一般以MgCl2为原料通过电解的方法冶炼金属镁。【答案】A8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()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

18、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】诗句“粉身碎骨浑不怕”，描述的是石灰石经高温煅烧之后变成粉末状的生石灰，是化学变化。【答案】C9冶炼金属常用以下几种方法：以C、CO或H2做还原剂的热还原法利用铝热反应原理还原的铝热法电解法热分解法下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)：(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属_。(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属_。(3)Hg、Ag等不活泼金属_。(4)V、Cr、Mn、W等高

19、熔点金属_。【解析】非常活泼的金属，如Na，Mg、Al用电解法冶炼，不活泼的金属，如Hg、Ag用热分解法冶炼，较活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用热分解法冶炼，较活泼的金属，如Fe、Zn、Cu用热还原法冶炼，难熔金属如V、Cr、Mn、W等用铝热反应冶炼。【答案】(1)(2)(3)(4)B组能力提升10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 BWO3CCr2O3 DCo3O4【解析】用铝热法还原金属氧化物时，Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂。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越多，消耗铝越多；金属化合价越低，得

20、电子数越少，消耗铝越少。以上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。【答案】D11工业上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AlC13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】AlCl3是共价化合物其熔融态不导电，A正确；Cl2虽然会污染大气，但电解NaCl制金属钠时也产生Cl2，况且Cl2还是重要的化工原料，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。【答案】

21、A12把铝粉和四氧化三铁粉末配成铝热剂，分成两等份。第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物和足量盐酸反应；第二份直接投入足量的NaOH溶液中，充分反应。则前后两种情况下生成气体的体积之比是(相同状态下)()A11 B98C34 D43【解析】根据铝粉和四氧化三铁恰好完全反应可得，铝粉和四氧化三铁粉末的物质的量之比为83，故反应前后的铝粉和铁粉的物质的量之比为89，再通过铁粉与盐酸的反应，以及铝粉与NaOH溶液的反应可知，生成气体的体积之比为912，即34。【答案】C13(双选)实验室将9 g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。发生铝热反应之后，所得固体中含金属单质为18 g，则该氧化

22、物粉末可能是()AFe2O3和MnO2 BMnO2和V2O5CCr2O3和V2O5 DFe3O4和FeO【解析】9 g铝粉可以提供1 mol电子，则氧化物中的金属元素每得到1 mol电子对应的质量就应该是18 g。三价Fe得到1 mol电子对应的质量为18.7 g，四价Mn得到1 mol电子对应的质量为13.8 g，故A对。五价V得到1 mol电子对应的质量为10.2 g，三价Cr得到1 mol电子对应的质量为17.3 g，B、C两项即使9 g铝粉全部反应，所得金属单质的质量也不到18 g，故都错。Fe3O4中的铁元素得到1 mol电子对应的质量为21 g，二价Fe得到1 mol电子对应的质量为28 g，当铝粉有剩余时，D对。【答案】AD14钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下，钛不和非金属、强酸反应；红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛矿石之一称金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体，该反应的化学方程式是_，该反应的还原剂是_。第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得