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(共42张PPT)
第1课时　金属矿物的开发利用
素养 目标定位
目标素养
1.能基于金属的化学活动性认识金属在自然界中的存在形式,了解金属的常用冶炼方法
2.了解铝热反应原理及其重要应用
3.能说出海水中水资源的重要用途,能基于物质的性质与转化思想认识从海水中提取氯化钠、溴、镁等以及从海带中提取碘的基本原理和方法
4.能基于煤、石油、天然气的组成和用途了解其综合利用的主要途径和方法
5.认识化学在合理开发和使用自然资源和能源中的重要作用、可持续发展的意义
知识概览
课前 基础认知
一、金属的冶炼
1.金属在自然界中存在的形态。
金属元素—
2.金属冶炼的原理。
金属冶炼的实质是利用　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,即Mn++ne-══M。
3.冶炼方法。
微解读 以单质形式存在于自然界中的铂、金等金属,通常使用直接富集的方法获取,不需要冶炼。工业上制取活泼金属钾通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取;获取单质铜也可采用铁粉与硫酸铜溶液反应的方法(湿法炼铜)。
微训练1 下列金属的冶炼方法中正确的是(　　)。
A.电解氯化钠溶液冶炼金属钠
B.电解熔融的氯化铝冶炼金属铝
C.将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁
D.用氢气还原氧化铁冶炼铁
答案:D
解析:冶炼金属钠应电解熔融的氯化钠,而不是电解氯化钠溶液;冶炼金属铝应电解熔融的氧化铝,而不是电解氯化铝;铁不能将氧化镁中的镁还原出来。
微训练2 古代的“药金”外观与黄金相似,常被误认为是金子。其冶炼方法如下:将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热至800 ℃,得到金光闪闪的“药金”。
(1)“药金”的主要成分是　　　　　。
(2)有关冶炼的化学方程式是　　　　　　　　　　　、
　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)铜、锌　
解析:由石灰石的热稳定性可知,高温下碳酸锌分解生成氧化锌和CO2,木炭将Cu2O、ZnO还原为金属铜和锌,故“药金”的主要成分是铜、锌。
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　合理开发和利用　。
2.有效利用金属资源的途径。
(1)提高金属矿物的利用率。
(2)开发环保高效的金属冶炼方法。
(3)防止金属的腐蚀。
(4)加强废旧金属的回收和再利用。
(5)使用其他材料代替金属材料。
课堂 重难突破
一 金属的活动性与冶炼方法
问题探究
云南省是中国重要的铁矿石资源省份之一。云南地质构造复杂,金属矿和非金属矿均十分丰富。铁矿有形成于早期变质岩中的,也有形成于泥盆系砂岩中的浅海相沉积铁矿。
竖炉炼铁也是一种重要的炼铁方法,其工艺流程如图所示。
(1)赤铁矿在还原反应室中发生了哪些反应
(2)金属冶炼的实质是什么 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:金属冶炼的实质是金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质。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动性。金属越活泼,冶炼时所需条件越高,在人类历史上出现得相对晚一些。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)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。
重难归纳
1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系。
2.常用的热还原法。
典型例题
【例1】下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)。
A.通过电解饱和食盐水制备金属钠
B.热还原法常用的还原剂有CO、H2、C等
C.金属Mg、Al均能通过电解熔融氯化物的方法获得
D.湿法炼铜可以用钠与硫酸铜溶液反应
答案:B
解析:电解饱和食盐水得不到金属钠,A项错误。CO、H2、C具有还原性,能够从金属氧化物中置换出金属,通常较活泼的金属可用CO、H2、C等作还原剂制取,B项正确。不能用电解氯化铝的方法制取铝,通常用电解氧化铝的方法冶炼铝,C项错误。钠与硫酸铜溶液反应得到氢氧化铜、氢气和硫酸钠,得不到铜,湿法炼铜是用铁与硫酸铜反应制取铜,D项错误。
【例1】下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　)。
答案:C
解析:活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等可用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等可用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag可利用热分解法冶炼,故A、B、D正确;C项不属于分解反应,错误。
二 铝热反应
问题探究
当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,让熔融的铁水流入铁轨的裂缝中,冷却后就将铁轨牢牢地黏结在一起,实现“无缝焊接”。
(1)请用化学方程式表示“无缝焊接”的原理。
提示:高温条件下,铝粉与Fe2O3发生反应,化学方程式为Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe。
(2)铝粉与其他金属的氧化物也可发生类似的反应。铝粉与氧化镁能否发生类似上述反应 其他金属的活动性与铝的活动性应有怎样的强弱关系
提示:因活动性Mg>Al,故铝粉不能与氧化镁发生类似反应。其他金属的活动性应比铝的活动性弱。
(3)用铝粉与P2O5能否发生类似上述反应
提示:不能。只限于比铝活动性弱的金属的氧化物与铝粉的反应。
重难归纳
1.铝热反应的原理。
定义 铝与某些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 铝是还原剂,另一种金属氧化物是氧化剂,用铝将金属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、MnO2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 冶炼熔点较高的相对较不活泼的金属(Cr、V、Mn等)、焊接钢轨等
2.铝热反应的实验装置。
学以致用
3.如图为铝热反应的实验装置,请回答下列问题:
(1)该实验中常在氧化铁和铝粉的混合物表面撒上少量KClO3,再插入燃着的镁条以引发反应。KClO3所起的作用是 　　　　　　　　　　　　　。
(2)若将氧化铁换成氧化钙,该反应　　　　(填“能”或“不能”)发生,理由是　 　　　　　　　　　　　　　。
(3)铝热反应的用途有哪些 　　　　　　　　　。
答案:(1)作助燃剂,分解产生氧气,促使镁条快速燃烧
(2)不能　钙比铝活泼,铝不能置换钙
(3)用于焊接钢轨;冶炼某些熔点高的金属(答案合理即可)
解析:(1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应,同时促使KClO3分解产生O2,使镁条快速燃烧。
(2)Ca比Al活泼,Al不能从CaO中置换出Ca。
成果验收站
1.关于金属冶炼,下列说法正确的是(　　)。
A.锈蚀后的铁制品没有回收冶炼价值
B.像铁、铝等活泼金属可以通过热分解法来冶炼
C.金属的冶炼方法与金属离子的氧化性无关
D.金属冶炼的本质是化合态的金属元素还原为金属单质的过程
答案:D
2.下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)。
A.工业上常用电解NaOH水溶液制取金属钠
B.工业上常用电解熔融MgO制取金属镁
C.工业上常用CO高温条件下还原Fe2O3制取Fe
D.工业上常用金属钠与TiCl4溶液反应制取金属Ti
答案:C
解析:工业上常用电解熔融状态的氯化钠制取金属钠,A项错误。MgO熔点较高,不适宜通过电解熔融MgO制备镁,工业上常采用电解熔融MgCl2制备金属镁,其电解方程式为MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑,B项错误。工业上在高温下用CO还原含Fe2O3的铁矿石炼铁,C项正确。钠与溶液中的水反应生成氢氧化钠和氢气,因此不能用钠与TiCl4溶液反应制取金属Ti,工业上利用钠的强还原性,采用钠与熔融的TiCl4反应的方法制取金属Ti,D项错误。
3.在冶金工业上,均能用热还原法制得的一组金属是(　　)。
A.Na、Mg、Al B.Na、Zn、Fe
C.Zn、Fe、Cu D.Mg、Al、Zn、Fe
答案:C
解析:Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法;Zn、Fe、Cu的冶炼方法为热还原法。
4.研究发现用铝热法可从下列氧化物中冶炼出有关金属,若要制得等物质的量的有关金属单质,需要消耗单质铝最多的是(　　)。
A.MnO2 B.V2O5 C.Cr2O3 D.WO3
答案:D
解析:设得到的金属单质的物质的量均为1 mol,A项MnO2→ Mn,化合价由+4价变为0价,化合价降低4价,生成1 mol金属锰需要得到4 mol电子。B项V2O5→V,化合价从+5价变为0价,化合价降低5价,生成1 mol V需要得到5 mol电子。C项Cr2O3→ Cr,化合价由+3价变为0价,化合价降低3价,生成1 mol Cr需要得到3 mol电子。D项WO3→W,化合价从+6价变为0价,化合价降低6价,生成1 mol W需要得到6 mol电子;每消耗1 mol铝能够提供3 mol电子,根据电子守恒,得到以上1 mol各金属单质,消耗单质铝最多的为WO3。
5.(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 　 。
若电路中通过1 mol电子,可以得到Al 　　　　g。

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