高中化学必修2 第1课时　金属矿物的开发利用

1、第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用学业要求核心素养对接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，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.通过对金属的冶炼方法的学习，培养学生科学探究与创新意识。2通过金属回收和资源保护的学习，培养学生科学态度与社会责任。知 识 梳 理知识点一金属的冶炼如图是我国古代和现代冶金的两张图片，那么金属是如何冶炼的，请完成下列知识点：1金属在自然界中存在的形态除了金、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

2、属元素都显正化合价。2金属冶炼的原理金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程：Mnne=M。3冶炼方法知识点二金属矿物的开发利用1合理开发利用金属资源金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。2有效利用金属资源的途径（1）提高金属的利用率，减少金属的使用量。（2）加强金属资源的回收和再利用。（3）使用其他材料代替金属材料。微判断（1）黄金的冶炼可用热分解法（）（2）金属阳离子被还原，一定会得到金属单质（）（3）工业上电解MgCl2溶液制取Mg（）答案（1）（2）（3）微

3、训练1工业上获得金属镁采用的冶炼方法是（）A加热分解镁氧化物B电解熔融氯化镁C高温下发生铝热反应D高温下用氢气还原解析由于金属镁的活泼性较强，因此工业上一般采用电解熔融氯化镁制备金属镁。答案B2下列有关金属的工业制法中，正确的是（）A制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液B制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁C制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁D制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝解析电解法制取金属钠时，需要电解熔融的NaCl，而不是其溶液，A项错误；镁的还原性很强，不能用热还原法来制取，而应用电解熔融氯化镁的方法，C项错误；

4、熔融的氯化铝不导电，故不能电解其熔融物制取金属铝，而应电解熔融的氧化铝，D项错误。答案B微思考1从自然界中获得金属单质，是否都必须发生氧化还原反应？提示否。有些金属单质化学性质稳定，如金、铂等，在自然界中主要以游离态形式存在，获得这些金属就不需要发生氧化还原反应，用富集的方法就可以，如淘金。2人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？提示金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。3在金属中，铝元素在地壳中的含量居

5、第一位，为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多？提示金属的发现和使用与金属的活动性密切相关，金属活动性越强，其相应的金属阳离子得电子的能力越弱，冶炼难度越大。铝是一种活动性较强的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段电解法进行冶炼，而铜和铁用一般的还原剂就可以达到目的，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。学习任务（核心素养）金属的活泼性与冶炼方法一、知识要点1金属的冶炼原理金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：Mnne=M。2金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）

6、、CuHg、AgPt、Au金属原子失电子能力强弱金属离子得电子能力弱强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法3.常用的热还原法二、核心素养冶炼方法的选择提高学生的实验探究与创新意识【素养解题】典例示范金属材料在日常生活、生产中有着广泛的运用，下列关于金属的说法不正确的是（）A越活泼的金属越难冶炼B合金的性质与其成分金属的性质不完全相同C金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的冶炼金属习题解题思路思考角度金属冶炼方法的选择取决于金属活动性选项分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，因此金属越活泼，对应金属阳离子氧化性越弱

7、，则金属越难冶炼，A、C正确；合金要比各成分金属的熔、沸点低，硬度大，B正确；因AlCl3为共价化合物，其熔融态不导电，因此不能用电解AlCl3的方法来冶炼铝，而通常电解Al2O3。得到答案D知识熟记K、Ca、Na、Mg、Al电解法Zn、Fe、Sn、Pb、Cu热还原法Hg、Ag热分解法Pt、Au富集法三、对点训练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（）用解析选择金属的冶炼

8、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）2CO3eq o(=,sup7()2CuOCO2H2O，C2CuOeq o(=,sup7()2CuCO2，符合；（）：FeCuSO4=FeSO4Cu，符合；（）：2AlCr2O3eq o(=,sup7(高温)Al2O32Cr，符合；（）：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2（熔融）eq o(=,sup7(电解)MgCl2，符合。答案B2在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是（）ANa、Mg、Al BNa、Zn、FeCZn、Fe、Cu DMg、Al、Zn、Fe解

9、析Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法；Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法。答案C3下列反应原理不符合工业实际的是（）A2Ag2Oeq o(=,sup7(高温)4AgO2B4Al3MnO2eq o(=,sup7(高温)3Mn2Al2O3C2MgOeq o(=,sup7(电解)2MgO2D2CuOCeq o(=,sup7(高温)2CuCO2解析根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。因为氧化镁的熔点很高，与电解熔融的氯化镁相比会消耗更多的能量。答案C4工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：2C

10、（焦炭）O2（空气）eq o(=,sup7(高温)2COFe2O33COeq o(=,sup7(高温)2Fe3CO2该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主要原因是（）ACO过量BCO与铁矿石接触不充分C炼铁高炉的高度不够DCO与Fe2O3的反应有一定限度解析高炉炼铁的反应Fe2O33COeq o(=,sup7(高温)2Fe3CO2为可逆反应，所以对焦炭的实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高CO的浓度，促进该反应正向移动。答案D5（1）Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为_，该反应中氧化剂是，还原剂是_。（2）工业上电解冶炼铝的化学方程式为_

11、。若电路中通过1 mol电子，可以得到Alg。答案（1）8Al3Fe3O4eq o(=,sup7(高温)4Al2O39FeFe3O4Al（2）2Al2O3（熔融）eq o(=,sup7(电解),sdo5(冰晶石)4Al3O29学 考 练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易还原解析金的性质稳定，在强热条件下也不反应。答案B2下列说法错误的是（）A对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C活泼金属的冶炼都是通过电解其

12、盐溶液D热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等解析活泼金属的冶炼是电解其熔融盐（如MgCl2、NaCl等）或熔融氧化物（如Al2O3等）制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。答案C3除去Cu粉中的Al粉，下列方法不可取的是（）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。答案B4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溶液中解析A、B项相当于把CaO、Na

13、2O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。答案C5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 BFe2O3CFe3O4 DFeO和Fe2O3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0.4g该氧化物中含xgO。OCO2CaCO316

14、100 x g 0.75 g解得x0.12N（Fe）N（O）eq f(0.4 g0.12 g,56 gmol1)eq f(0.12 g,16 gmol1)23。答案B6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/774882.91500（升华）1431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 D14131 500 解析在金属活动性顺序表中，Na排在K的

15、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。答案C7下列金属冶炼原理错误的是（双选）（）A AlCl3（熔融）eq o(=,sup7(电解)2Al3Cl2BMgOH2eq o(=,sup7()MgH2OCFe3O44COeq o(=,sup7(高温)3Fe4CO2D2HgOeq o(=,sup7()2HgO2解析Na、Mg通常用电解法制取，Al用电解熔融Al2O3制取，Fe用

16、还原剂法制取，Hg可用加热其化合物的方法制取。Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，A、B项错误。答案AB8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3COFe2O3eq o(=,sup7(高温)2Fe3CO2，但一定是氧化还原反应。答案A9铝的活泼性较强，直到十八世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝价格十分昂贵，拿破仑的头盔就是用铝制作的，现在还保存在大英博物馆中，下列冶炼铝的方法正确的是（）AAl2O3（熔融）eq o(,sup7(电解)AlBAl

17、2O3eq o(,sup7(盐酸)AlCl3（熔融）eq o(,sup7(电解)AlCAl（OH）3eq o(,sup7(H2),sdo5(高温)AlDAl2O3eq o(,sup7(C或CO),sdo5(高温)Al解析H2、CO、C等皆不能将Al2O3或Al（OH）3还原为Al，C、D不正确。AlCl3是共价化合物，熔融后不导电，B不正确。答案A10以辉铜矿（Cu2S）为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2SO2eq o(=,sup7(高温)2CuSO2。下列说法不正确的是（双选）（）A化合价发生变化的元素有3种BCu2S在该反应中作还原剂C1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质

18、的量为4 molDSO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料解析分析反应中化合价的变化：eq o(Cu,sup6(1)2eq o(S,sup6(2)eq o(O,sup6(0)2eq o(=,sup7(高温)2eq o(Cu,sup6(0)eq o(S,sup6(4)eq o(O,sup6(2)2，反应过程中Cu、S、O三种元素的化合价均发生改变；Cu2S中Cu元素化合价降低，S元素化合价升高，因此Cu2S既是氧化剂又是还原剂；根据S元素化合价的改变可知，当1 mol O2参加反应时，共转移电子6 mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。答案BC11钛是一种

19、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=H2TiO3H2SO4H2TiO3eq o(=,sup7()TiO2H2OTiO22C2Cl2eq o(=,sup7()TiCl42COTiCl42Mgeq o(=,sup7()2MgCl2Ti（1）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（2）钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析正确的

20、是。A钛是像金、铂一样的不活泼金属B金属钛的表面易形成致密的氧化膜C钛与氧气、酸等腐蚀剂不反应D钛有很高的强度解析（1）在反应中没有化合价的变化；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，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。（2）题目中一开始就指出：钛是一种活泼的金属，但是钛耐腐蚀性强，联系金属铝的性质，铝表面易形成致密的保护膜，阻止反应继续进行，以此类推钛，很容易选择B。答案（1）C（2）B12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

21、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_。解析检验是否生成单质铁，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。答案（1）Fe2O33COeq o(=,sup7(高温)2Fe3CO2（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

22、，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能 力 练13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以上三种情况均有可能（2）丙同学认为上述两种方案都难以保证所制的铜的纯度，应对上述两种方案加以完善。甲同学的方案不完善的原因：_，完善乙同学的方案的一种方法是将所得的铜粉放入烧杯中，加入，