搜索
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1课时金属矿物的开发利用第四章化学与自然资源的开发利用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，铝热反应的反应原理及实验步骤。3.了解金属回收和资源保护的意义。4.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。金属的冶炼1．金属元素的存在形式游离化合2．金属的冶炼(1)冶炼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，即Mn＋＋ne－===M。(2)冶炼方法①常用方法②其他方法3．金属矿物资源的合理开发和利用(1)原因①地球上金属矿物资源有限；②金属冶炼消耗很多能量；③金属冶炼易造成环境污染。(2)措施①提高金属矿物的利用率；②使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；③加强金属资源的回收和再利用。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(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)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，金属失电子的能力越强。()×√×√2．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．用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁解析：选D。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三氧化二铝，而不是电解熔融的氯化铝；铁不能将氧化镁中的镁还原出来。3．下列关于废旧金属处理的说法中不正确的是()A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B．重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋C．废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐D．照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银解析：选B。重金属材料填埋会对环境造成污染。金属的活动性与冶炼方法1．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au原子失电子能力强→弱离子得电子能力弱→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法2.常用热还原法及其优缺点(1)常用热还原法(2)各种热还原法的优缺点优点缺点H2还原法金属纯度高工业成本高CO和C还原法工业成本低金属纯度低，产生污染性气体CO铝热法可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属工业成本较高(2019·潍坊高一测试)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A2HgO=====△2Hg＋O2↑热分解法B2Al2O3(熔融)=====电解冰晶石4Al＋3O2↑电解法CCu2S＋O2=====高温2Cu＋SO2热分解法D2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3热还原法[解析]活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，较活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag等用热分解法冶炼，故A、B、D项正确，C项错误。[答案]C工业上冶炼镁、铝为什么不用电解熔融MgO和AlCl3的方法？答案：MgO的熔点远高于MgCl2，而AlCl3属于共价化合物，熔融状态不导电，故工业上冶炼Mg、Al是电解熔融MgCl2、Al2O3而不是电解熔融MgO和AlCl3。考查金属元素的存在形式和金属矿物的开发利用1．下列说法不正确的是()A．自然界中不存在游离态的金属单质B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同C．地球上金属矿物资源是有限的，因此应提高金属矿物的利用率D．对废旧金属进行回收利用，有利于保护环境解析：选A。自然界中的金属绝大多数以化合态形式存在，极少数金属如Au、Pt等以游离态形式存在，A错误；金属活动性不同，金属阳离子被还原的难易程度不同，冶炼方法不同，B正确；金属资源是有限的，既要提高金属矿物的利用率，又要回收利用废旧金属，C、D正确。2．下列关于金属在自然界中的存在形态的说法不正确的是()A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中D．金、铂等不活泼金属以游离态形式存在解析：选A。地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。金属在自然界中的存在形式与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝、铁等在自然界中以化合态形式存在，金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态形式存在。考查金属的冶炼方法3．锂是密度最小的金属，常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂的方法是()A．电解法B．热还原法C．热分解法D．铝热法解析：选A。钠、镁均采用电解法冶炼，锂的金属性介于二者之间，故锂采用电解法冶炼。4．在冶金工业上，通常均不能用化学还原剂制得的金属组是()A．Na、K、Mg、AlB．Zn、Fe、Cu、AgC．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe解析：选A。不能用化学还原剂制得的金属是一些非常活泼的金属，如Na、K、Mg、Al等。铝热反应实验装置实验现象(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作为助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＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔融状态注意事项(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，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1．下列关于铝热反应的说法错误的是()A．铝热反应中的还原剂是铝粉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：选B。Al和Fe2O3可组成铝热剂，铝热剂属于混合物，其中铝做还原剂，铝热反应是放热反应。2．下列物质不能与铝发生铝热反应的是()A．FeOB．Cr2O3C．MgOD．MnO2解析：选C。Mg的活动性强于Al，Al不能和MgO反应置换出Mg。铝热反应的拓展应用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做还原剂，另一种氧化物做氧化剂，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(Fe3O4、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；焊接钢轨等下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)铝热反应的用途有____________________________。[解析](1)利用镁带燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁带快速燃烧。(2)铝热反应可用于焊接钢轨，冶炼某些熔点高的金属等。[答案](1)镁带和氯酸钾在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁带，用燃着的小木条点燃镁带(2)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属在反应Al＋XaOb――→高温Al2O3＋X中，X不可能是()A．FeB．CaC．CrD．Mn解析：选B。该反应的模式是铝热反应，可利用铝热反应冶炼金属Fe、Cr、Mn等难熔金属，不能冶炼比铝更活泼的金属Ca。1．能用铝做原料冶炼难熔金属的原因是()A．铝的密度小，熔点较低B．铝在空气中燃烧放出大量的热C．铝在金属活动性顺序表中排在较前面D．铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热解析：选D。利用铝冶炼难熔金属是利用铝热反应来进行的。在铝热反应中，铝表现还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。2．用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是()A．MnO2B．WO3C．Cr2O3D．Co3O4解析：选D。用铝热法还原金属氧化物时，铝做还原剂，金属氧化物做氧化剂。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；在氧化物中金属化合价越低，变为单质时需获得的电子数越少，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＋83。Co的化合价最低，故消耗铝最少。重难易错提炼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(1)K、Ca、Na、Mg、Al―→电解法；(2)Zn、Fe、Sn、Pb、Cu―→热还原法；(3)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(铝热法炼铁)；(7)Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2(高炉炼铁)。