第一节 开发利用金属矿物和海水资源
课时1 金属矿物的开发利用
学习目标：1.了解金属的存在形式和冶炼方法和原理。2.掌握铝热反应的原理、实验及应用。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。
[自 主 预 习·探 新 知]
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：2HgO=====2Hg＋O2↑。 △
b．加热分解Ag2O：2Ag2O=====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。
电解
a．冶炼金属钠，电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑。
电解
b．冶炼金属镁，电解熔融MgCl2：MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑。 电解
c．冶炼金属铝，电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑。
冰晶石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。 高温
a．高炉炼铁：Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2。 高温
b．铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Al=====2Fe＋Al2O3。 △
c．用氢气还原氧化铜：CuO＋H2=====Cu＋H2O。 ④其他方法
高温
a．火法炼铜：Cu2S＋O2=====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。
[基础自测]
1．判断对错(对的打“√”，错的打“×”)。
(1)金属在自然界中的存在形式只有化合态没有游离态( ) (2)金属冶炼的实质是金属元素得电子被还原( ) (3)金属越活泼往往越难冶炼，使用时间越晚( ) (4)铁器时代比青铜器时代要早些( ) (5)镁可以通过铝热反应制备( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× 2．冶炼金属常用以下几种方法：
①以C、CO或H2作还原剂还原。②用较活泼金属Na、Mg等还原。③利用铝热反应原理用Al还原。④电解法。⑤热分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳？(填序号) (1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。 (2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。 (3)Hg、Ag等不活泼金属________。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。 【答案】 (1)① (2)④ (3)⑤ (4)③
[合 作 探 究·攻 重 难]
金属冶炼的方法
(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：Mn＋＋ne－===M。
(2)金属冶炼的通常步骤
步骤 矿石富集 冶炼 精炼 目的 除去杂质、提高矿石中有效成分的含量 用适当还原剂把矿石中的化合态金属还原，得到粗金属单质 加入试剂除杂或电解精炼，得到纯金属 (3)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 金属原子失电子能力 金属离子得电子能力 主要冶炼方法 电解法 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu 强→弱 弱→强 热还原法 热分解法 物理方法 Hg、Ag Pt、Au 【注意】 热还原法的常用还原剂有H2、CO、C、Al等
[对点训练]
1．下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是( )
选项 A B C D 冶炼原理 △2HgO=====2Hg＋O2↑ 电解2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑ 冰晶石高温Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2 高温Fe2O3＋2Al=====2Fe＋Al2O3 方法 热分解法 电解法 热分解法 热还原法 C [热分解法是指不活泼金属化合物加热分解得到金属，不是与O2反应。] 2．下列化工原理生产中错误的是( )
【导学号：43722211】
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．②③ C．①②③
B．①③ D．②③④
A [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 铝热反应实验装置如下： 铝热反应 [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。 (1)铝热反应实验应注意的问题 ①镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行。 ②Fe2O3与Al两者要混合均匀，以保证Fe2O3与Al都完全反应。 ③内层滤纸要用水润湿，以防纸漏斗燃烧。 ④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。 (2)铝热反应现象 ①镁带剧烈燃烧。 ②铝热剂发生剧烈反应，发出耀眼白光，放出大量的热。 ③纸漏斗下部被烧穿，有红热的熔融物落入细沙上。冷却后变为黑色固体 (3)铝热反应实验原理说明： 镁带和氯酸钾是引燃剂，镁带燃烧提供热量，并促使KClO3发生分解；KClO3分解放出O2，镁带剧烈燃烧，单位时间内放出更多的热量，以引发Al与Fe2O3的反应。 (4)铝热反应的有关概念 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
化学人教版高一必修2学案：第4章_第1节_课时1_金属矿物的开发利用_word版含解析
