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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课时金属矿物的开发利用学习目标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步骤。4.了解金属回收和资源保护的意义。探究点(一)金属的冶炼[自学新知]1．金属在自然界中的存在形态2．金属的冶炼方法(写出反应的化学方程式)分解HgO热分解法分解Ag2O冶炼钠冶炼镁电解法冶炼铝2HgO=====△2Hg＋O2↑2Ag2O=====△4Ag＋O2↑2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑2Al2O3(熔融)=======电解冰晶石4Al＋3O2↑高炉炼铁热还原法铝热法炼铁湿法炼铜Fe＋CuSO4===其他方法火法炼铜Cu2S＋O2=====高温2Cu＋SO2Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO22Al＋Fe2O3=====高温Al2O3＋2FeFeSO4＋Cu3.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。(4)使用其他材料代替金属材料。回收和再利用[特别提醒]工业上采用电解法冶炼铝和镁的原料分别为Al2O3和MgCl2，而不是AlCl3和MgO，这是因为AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，而MgO虽然是离子化合物，但其熔点太高，熔化时会消耗大量的电能，成本较高。[探究思考]1．用电解法冶炼活泼金属时(如Na、Mg等)，能电解该金属的盐溶液吗？提示：不能；应电解该金属的熔融化合物。2．为什么越活泼的金属被人类利用得越晚？提示：因为金属越活泼，其离子的氧化性越弱，就越难被还原，故制取和利用的时间越晚。3．“火法炼铜”和“湿法炼铜”各有何缺点？提示：火法炼铜会产生大量污染性气体；湿法炼铜只适用于低品位的铜矿冶炼，制得的铜不纯，且废液污染环境。[深化拓展]1．金属的活泼性与金属的冶炼方法(1)少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在，如金、铂等。大部分金属以化合态形式存在于自然界，金属越不活泼，从其化合物中还原出来越容易，金属越活泼从其化合物中还原出来越困难。(2)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：2．热还原法冶炼金属的分类和优、缺点(1)分类：(2)优、缺点：用氢气还原法冶炼金属，纯度高，但成本也高；用一氧化碳和炭还原法冶炼金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法可以冶炼熔点高难冶炼的金属，成本较高。[对点演练]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在自然界中金属都以化合态存在()(2)在金属化合物中金属元素都显正价()(3)金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生氧化反应()(4)金属的活动性越强，即金属失电子的能力越强()×√×√2．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C．制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁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：电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气、氯气，一般通过电解熔融的氯化钠制金属钠，故A错误；用海水为原料，经一系列过程制得氢氧化镁固体，氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁，电解熔融的氯化镁制金属镁，故B错误；CO还原氧化铁可以生成铁和二氧化碳，故C正确；AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，工业上一般通过从铝土矿中获得氧化铝，再电解熔融的氧化铝得到铝，故D错误。答案：C探究点(二)铝热反应[自学新知]1．实验探究实验装置实验现象(1)镁条剧烈燃烧(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应(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_____，有_______落入沙中实验结论在高温下，铝与Fe2O3发生反应，_____________化学方程式_________________________烧穿熔融物放出大量的热2Al＋Fe2O3=====高温Al2O3＋2Fe2．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___作还原剂，___________作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换出来铝热剂____和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物引发操作在铝热剂上放KClO3，插入镁条并将镁条点燃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________的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等Al金属氧化物铝粉不活泼[特别提醒]铝热反应可用于焊接钢轨，但工业上不用该方法炼铁，因为铝比铁的冶炼成本更高。[探究思考]1．在铝热反应中，利用了铝的哪些性质？提示：还原性；反应放出大量的热及铝的熔点低。提示：能冶炼活动性比铝差的难熔金属。不能利用铝热反应冶炼镁，原因是Mg比Al活泼。2．金属铝可用于还原哪些金属？能否利用铝热反应冶炼镁？[深化拓展]1．铝热反应的特点(1)高温。(2)剧热燃烧，放出大量的热。(3)新生成的液态金属单质易与Al2O3(固态)分离。2．铝热反应实验注意问题(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)因为铝热反应是一个典型的放热反应，反应中放出的大量热量能够使铁熔化，所以要垫细沙，这样做的目的一是防止蒸发皿炸裂，二是防止熔融的金属溅出伤人。(5)实验装置应远离人群和易燃物。[对点演练]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)铝热剂中的氧化剂是铝粉()(2)铝热剂是纯净物()(3)铝热反应是放热反应()(4)通过铝热反应可以在野外焊接钢轨()××√√2．铝热剂中铝的作用是()A．催化剂B．氧化剂C．还原剂D．填充剂解析：铝热剂中有两种物质铝粉和金属氧化物，反应中，铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂。答案：C[核心语句归纳总结]1．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。2．常见金属的冶炼方法：K、Ca、Na、Mg、Al―→电解法，Zn～Cu―→热还原法，Hg、Ag―→热分解法。3．必记七反应：(1)2HgO=====△2Hg＋O2↑(2)2Ag2O=====△4Ag＋O2↑(3)MgCl2(熔融)======电解Mg＋Cl2↑(4)2Al2O3(熔融)======电解冰晶石4Al＋3O2↑(5)2NaCl(熔融)======电解2Na＋Cl2↑(6)Fe2O3＋2Al=====高温2Fe＋Al2O3(7)Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2[分层训练·固本提能][课堂巩固落实]1．化学在生产和生活中有重要的应用。下列说法正确的是()A．电解饱和食盐水可冶炼金属钠B．氧化钠可用于呼吸面具C．铝热反应中的铝热剂是混合物D．电解熔融AlCl3用于冶炼金属铝解析：A项，工业上用电解熔融NaCl的方法冶炼金属钠，错误；B项，过氧化钠与CO2和水反应生成氧气，过氧化钠可用于呼吸面具，错误；C项，铝粉和金属氧化物的混合物称为铝热剂，铝热剂是混合物，正确；D项，工业上采用电解熔融Al2O3的方法冶炼铝，错误。答案：C2．铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因是铝具有()A．两性B．导电性好C．熔点低D．还原性强，且反应放出大量热解析：铝能用于冶炼金属铁、钒、铬、锰等，其原因一是比铁、钒、铬、锰等活泼，铝的还原性更强，能置换出其单质，二是反应放出大量的热使反应得以进行，D项正确。铝不具有两性，因两性是指酸、碱两性。答案：D3．我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜，孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其冶炼方法是()A．焦炭还原法B．湿法炼铜C．铝热还原法D．电解冶炼法解析：火烧孔雀石和焦炭混合物发生的反应为Cu2(OH)2CO3=====△2CuO＋H2O＋CO2↑，2CuO＋C=====高温2Cu＋CO2↑，属于焦炭还原法。答案：A4．下图是一氧化碳还原铁的氧化物的实验装置。请回答下列问题：(1)判断硬质玻璃管中已开始发生反应的现象是__________；反应过程中产生的现象是___________________________。(2)在A处点燃可见淡蓝色火焰的原因是________________。(3)实验结束时正确的操作是_________________________。解析：(1)硬质玻璃管中发生反应：3CO＋Fe2O3=====高温2Fe＋3CO2，故硬质玻璃管中红棕色固体变黑。(2)通过硬质玻璃管时，CO不完全反应，在A处点燃，有未反应的CO燃烧，火焰呈淡蓝色。(3)实验结束时若先停止通CO，则生成的铁可能被氧化，而且可能发生倒吸现象，故应先熄灭酒精灯，继续通CO至玻璃管冷却。答案：(1)B中澄清石灰水变浑浊硬质玻璃管里的粉末由红棕色逐渐变黑，B中澄清石灰水变浑浊(2)从A导管逸出的尾气中有未反应的CO，而CO燃烧时，火焰呈淡蓝色(3)先熄灭酒精灯，继续通入CO，并点燃排出的CO气体