人教版 (新课标)必修2第一节 开发利用金属矿物和海水资源学案

这是一份人教版 (新课标)必修2第一节 开发利用金属矿物和海水资源学案，共7页。


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。重点
3.掌握铝热反应原理及实验。重点
4.了解金属回收和资源保护的意义。
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。
[基础·初探]
教材整理 金属矿物的开发利用和金属资源的合理开发
1．金属在自然界中的存在形态
2．金属的冶炼
(1)冶炼的原理
①原理：将金属从其化合物中还原出来。
②实质：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：Mn＋＋ne－===M。
(2)冶炼方法
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。
a．加热分解HgO：2HgOeq \(=====,\S\UP7(△))2Hg＋O2↑。
b．加热分解Ag2O：2Ag2Oeq \(=====,\S\UP7(△))4Ag＋O2↑。
②电解法
适用于非常活泼金属的冶炼。
请写出下列反应的化学方程式。
a．冶炼金属钠，电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)eq \(=====,\S\UP7(电解))2Na＋Cl2↑。
b．冶炼金属镁，电解熔融MgCl2：MgCl2(熔融)eq \(=====,\S\UP7(电解))Mg＋Cl2↑。
c．冶炼金属铝，电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq \(=====,\S\UP7(电解),\S\DO10(冰晶石))4Al＋3O2↑。
③热还原法
适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有C、H2、CO、Al等。
请写出下列冶炼金属反应的化学方程式。
a．高炉炼铁：Fe2O3＋3COeq \(=====,\S\UP7(高温))2Fe＋3CO2。
b．铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Aleq \(=====,\S\UP7(高温))2Fe＋Al2O3。
c．用氢气还原氧化铜：CuO＋H2eq \(=====,\S\UP7(△))Cu＋H2O。
④其他方法
a．火法炼铜：Cu2S＋O2eq \(=====,\S\UP7(高温))2Cu＋SO2。
b．湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
3．金属资源的合理开发利用
(1)合理开发利用金属资源的意义
金属矿物资源是不可再生资源且贮量有限，冶炼过程中会消耗大量能量，也易造成环境污染。故应合理开发利用金属资源。
(2)有效利用金属资源的途径
①提高金属矿物的利用率。
②减少金属的使用量。
③加强金属资源的回收和再利用。
④使用其他材料代替金属材料等。
【特别提醒】 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
[探究·升华]
[思考探究]
探究 铝热反应的实验问题
铝热反应实验装置如下：
问题思考：
(1)装置中镁带、KClO3的作用是什么？
【提示】 镁带：引燃剂；KClO3：助燃剂，引发铝热反应。
(2)引发铝热反应的操作是什么？
【提示】 往铝热剂上放少量KClO3，并插入镁带，然后将镁带点燃，即可引发铝热反应。
(3)铝热反应需要高温条件，所以铝热反应是吸热反应吗？
【提示】 不是。
(4)内层纸漏斗底部剪一小孔的目的是什么？
【提示】 使反应生成的熔融物易于落下。
(5)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，因为常温下浓硫酸会使Fe、Al发生钝化，NaOH溶液不能溶解单质铁。
(6)整个实验过程的实验现象有哪些？
【提示】 ①镁带剧烈燃烧。
②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。
③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。
④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，液珠冷却后变为黑色固体。
[认知升华]
升华 铝热反应
[题组·冲关]
题组1 金属冶炼的方法与原理
1．在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是( )
A．Na、Mg、AlB．Na、Zn、Fe
C．Zn、Fe、CuD．Mg、Al、Zn、Fe
【解析】 Na、Mg、Al一般不能用化学还原剂还原制得。
【答案】 C
2．下列化工原理生产中错误的是( )
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 ②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④工业上用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
A．②③B．①③
C．①②③D．②③④
【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：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl，所以不能冶炼金属镁；氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝作原料，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【答案】 A
3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④
【答案】 B
误区警示 常见几种金属的冶炼误区
1工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。
2工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。
3Au、Pt一般用物理法提取。
4Al不能用于冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。
题组2 铝热反应及其应用
4．下列对铝热反应的说法错误的是( )
A．铝热剂中还原剂是铝粉
B．铝热剂是纯净物
C．铝与Fe2O3可组成铝热剂
D．铝热反应是放热反应
【解析】 Al和Fe2O3可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。
【答案】 B
5．如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
(1)该实验装置中还缺________。
引发铝热反应的操作为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应________(填“能”或“不能”)发生，理由是_______________________________________________________________。
(3)铝热反应的用途有哪些________________________________________
_______________________________________________________________。
【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)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
【答案】 (1)镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条
(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁
(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属(答案合理即可)
6．下列金属中：①铁；②镁；③锰；④钒；⑤铬；⑥汞。可用铝热法制备的有( )
【导学号：30032065】
A．①②④⑥B．①②③⑤
C．①③④⑤D．①②③④⑤⑥
【解析】 Mg活泼性>Al活泼性，Al不能置换出Mg；汞的冶炼是热分解法。
【答案】 C
开发利用金属矿物
金属活动性顺序
K Ca Na Mg Al
Zn Fe Sn Pb(H) Cu
Hg Ag
Pt 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
实验现象
①镁带剧烈燃烧。
②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。
③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。
④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，液珠冷却后变为黑色固体。
原因分析
镁带燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应：2Al＋Fe2O3eq \(=====,\S\UP7(高温))2Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔化状态。铝热反应体现了Al较强的还原性。
注意事项
①氯酸钾的作用是分解提供氧气，使镁带快速充分燃烧，要放在混合物的上面。
②要保证纸漏斗重叠的四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。
③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。