高中化学第四章化学与自然资源的开发利用第1节开发利用金属矿物和海水资源第1课时高一化学

一
探究(tànjiū)
二
金属冶炼方法的选择
问题探究 1.电解法制备活泼金属时,是电解其化合物的水溶液,还是电解熔融态 的化合物?用惰性电极电解氯化钠溶液时,其产物是什么? 答案熔融态的化合物;氯气、氢气、氢氧化钠。 2.能否用电解熔融氯化铝的方法来制备铝? 答案不能,因为氯化铝为共价化合物,熔融态不导电,且氯化铝的沸点比熔 点低,加热易升华。 3.为什么不用电解氧化镁而选用(xuǎnyòng)电解氯化镁的方法制备 镁?(已知:MgO的熔点为2 852 ℃,MgCl2的熔点为118 ℃) 答案氯化镁的熔点比氧化镁的熔点低,用氯化镁作原料制备镁更节约能源。
第五页，共二十八页。
知识(zhī shi)
铺垫
新知(xīn zhī)
预习
自主(zìzhǔ)
预测
4.其他方法
(1)火法炼铜:Cu2S+O2 2Cu+SO2。 (2)湿法炼铜:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu。
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知识(zhī shi)
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新知(xīn zhī)
一
探究(tànjiū)
二
注意事项
(1)镁条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,铝粉要没有被氧化,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)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 (5)实验装置要与人有一定距离,防止人被烧伤
(2)①②③④
(3)使熔融物易于落下 防止溅落物炸裂蒸发皿 引起氯酸钾分解 引发铝热
反应
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探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
二
提能训练(xùnliàn)2下列氧化物不能与铝粉组成铝热剂的是( )
A.Cr2O3
B.MnO2
C.Na2OD.V2O5
解析铝热反应的本质是铝置换活动性比它弱的金属。
(3)铝热剂是纯净物。 ( )
(4)铝热反应是放热反应。 ( ) 解析(1)部分活动性差的金属在自然界中以游离态存在,如金。 (2)金属冶炼过程中,金属元素得电子发生还原反应。 (3)铝热剂是铝和金属氧化物的混合物。
(4)铝热反应放出大量的热。
答案(1)× (2)× (3)× (4)√
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二
2.铝热反应实验(shíyàn)
实验装置
实验现象 实验结论
(1)镁条剧烈燃烧;(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
在高温下,铝与 Fe2O3 发生反应,放出大量的热
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探究(tànjiū)
二
提能训练1金属材料在日常生活、生产中有着广泛的应用,下列关于金 属的说法不正确的是( )
A.越活泼的金属越难冶炼
B.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D.工业上金属Mg、Al都是用电解熔融(róngróng)的氯化物制得的 解析金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子,因此金 属越活泼,对应金属阳离子氧化性越弱,则金属越难冶炼,A、C正确;合金要比 各成分金属的熔、沸点低,硬度大,B正确;因AlCl3为共价化合物,其熔融态不 导电,因此不能用电解AlCl3的方法来冶炼铝,而通常用电解Al2O3的方法来
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预习
自主(zìzhǔ)预
测
一、金属在自然界的存在形态
二、金属的冶炼
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。
(1)加热分解 HgO:2HgO 2Hg+O2↑。 (2)加热分解 Ag2O:2Ag2O 4Ag+O2↑。
源开发和利用中的意义和作
用(科学态度与社会责任)
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新知(xīn zhī)
预习
自主(zìzhǔ)预
测
1.地壳中含量最高的金属元素是Al,人类最早使用的金属是Cu,使用最
广泛的金属是Fe。
2.金属活动性顺序的内容是什么?试比较Na+、Al3+、H+、Cu2+、Ag+的氧
预习
自主(zìzhǔ)
预测
三、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。
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自主(zìzhǔ)预
测
1.判断下列说法是否正确。正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)在自然界中金属都以化合态存在。 ( ) (2)金属冶炼过程中,金属化合物得到电子发生氧化反应。 ( )
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探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
二
2.金属活动性顺序与金属冶炼(yěliàn)方法的关系
活动性顺序
K、Ca、Na、 Mg、Al
单质还原性(原 子失电子能力)
强
弱
阳离子氧化性(离 子得电子能力)
弱
强
金属冶炼方法
电解熔融 盐或氧化物
还原剂或 特殊措施
引发操 作
在铝热剂上放 KClO3,插上镁条并点燃镁条
反应特 在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属
点
单质呈熔融态且易与 Al2O3 分离
应用 12/11/2021
冶炼难熔的相对较不活泼的金属,如 钢轨等
V、Cr、Mn
等;焊接
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探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
po)越易被还原成金属单质,被发现和使用的越早,比铁不活泼的金属在四个选项
第八页，共二十八页。
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新知(xīn zhī)
预习
自主(zìzhǔ)预
测
2.想一想,连一连。
金属 (1)Na、Mg
(2)Fe、Cu (3)Hg、Ag 答案(1)C (2)B (3)A
冶炼方法
A.热分解法 B.高温还原法 C.电解法
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探究(tànjiū)
答案C
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1.已知一些金属单质的发现与其金属活动性存在着某种必然的联系,
请你推测:下列事件发生在铁器时代之前的是( )
A.金属铝的冶炼
B.青铜器时代
C.金属钾的使用 D.戴维发现金属钠
解析金属单质的发现和使用与金属活动性顺序相反,即金属越不活泼(huó
热还原法
解析活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、 Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼, 故A、B、D三项正确。C项错误,C项为火法炼铜。
答案C
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探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
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探究(tànjiū)一
探究(tànjiū)
二
素能应用(yìngyòng)
【典例2】用如图所示的装置做铝热反应实验,回答下列问题:
(1)写出该反应的化学方程式:
,在该反应中,
是氧化剂,
是还原剂,该反应称为
反应。
(2)选出该实验的实验现象: (填序号)。
①镁条剧烈燃烧 ②放出大量的热,并发出耀眼的光芒,火星四射 ③纸漏斗
2Fe+Al2O3,该反应中Fe2O3作氧化
(2)①②③④全为该铝热反应的现象。
(3)铝热反应实验中为使熔融物易落下,通常在内层纸漏斗底部剪一个孔;为
防止溅落物炸裂蒸发皿,蒸发皿内盛沙子;反应中镁条提供热量使氯酸钾分解;
氯酸钾分解引发(yǐn fā)铝热反应。
答案(1)2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3 Fe2O3 Al 铝热
化性强弱并按由强到弱的顺序排列。
提示金属活动性顺序为K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu、
Hg、Ag、Pt、Au;氧化性由强到弱的顺序为Ag+>Cu2+>H+>Al3+>Na+。
3.工业上冶炼铁的化学方程式为3CO+Fe2O3 剂,Fe2O3是氧化剂。
2Fe+3CO2,其中CO是还原
第1课时 金属(jīnshǔ)矿物的开发利用
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核心素养培养目标
核心素养形成脉络
1.了解金属在自然界中的存 在形式(科学态度与社会责 任) 2.掌握金属的冶炼方法(变化 观念与平衡思想) 3.掌握铝热反应原理及实验 (科学探究与创新意识) 4.了解金属回收和资源保护 的意义(科学态度与社会责 任) 5.认识和体会化学在自然资
4Al+3O2↑。
3.高温还原法
适用于大多数中等活泼金属的冶炼,常用的还原剂有C、CO、H2等。 请写出下列冶炼金属的化学方程式(下同)。
(1)高炉炼铁:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。
(2)铝热反应炼铁:Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3。
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(3)用氢气还原氧化铜:CuO+H2 Cu+H2O。
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探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
二
思维建模 1.金属冶炼(yěliàn)方法的选择 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。
探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
二
素能应用(yìngyòng)
【典例1】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
A
2HgO 2Hg+O2↑
热分解法
B
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑ 电解法
C
Cu2S+O2 2Cu+SO2
热分解法
D
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
(1)热还原法的分类。
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第十三页，共二十八页。
探究(tànjiū)一 探究(tànjiū)二
(2)热还原法的优缺点。
①用H2作还原剂时,生成产物H2O在高温下以H2O(g)蒸发出去,使制得的 金属纯度较高,但成本也较高。
②用CO作还原剂冶炼金属时,CO一般在冶炼炉中通过下列反应生
直流电提供电 子
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Zn、Fe、Sn、 Pb(H)、Cu
热还原法 H2、CO、 C、Al 等,加热 (△)
Hg 、 Pt、Au
Ag
热分 解法
富集法
加热 (△)
物理方 法或化 学方法
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探究(tànjiū炼(yěliàn)的热还原法
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第四页，共二十八页。
知识(zhī shi) 新知(xīn zhī)
铺垫
预习
自主(zìzhǔ)
预测
2.电解法
适用于非常活泼金属的冶炼。请补全下列反应的化学方程式。
(1)冶炼金属钠:2NaCl(熔融) (2)冶炼金属镁:MgCl2(熔融)
2Na+Cl2↑。 Mg+Cl2↑。
(3)冶炼金属铝:2Al2O3(熔融)
的下部被烧穿 ④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上,液珠冷却后变
为黑色固体
(3)写出下列操作或物质的作用:
内层纸漏斗底部剪一个孔:
;蒸发皿盛沙:
;镁
条:12/11/2021
;氯酸钾:
。
第二十一页，共二十八页。
探究(tànjiū)一
探究(tànjiū)
二
解析(1)铝热反应为2Al+Fe2O3 剂,Al作还原剂。
成:C+O2
CO2,CO2+C
2CO,所以用CO还原法冶炼得到(dédào)的金
属中混有杂质C,纯度不高。
③用C作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭和碳化物,得不到纯度较
高的金属。
④用铝热反应冶炼金属,虽克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难冶炼
的问题,但是成本较高。
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冶炼铝。
答案D
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第十六页，共二十八页。
探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)二
铝热反应
问题探究
1.铝热反应中,镁条和氯酸钾分别有什么作用? 答案点燃镁条用来提供引发反应(fǎnyìng)的热能,氯酸钾的作用是分解提供
氧气,使镁条快速充分燃烧。
2.铝与哪些物质能组成铝热剂? 答案铝与比铝活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝 热剂,例如V2O5、MnO2等。
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第十七页，共二十八页。
探究(tànjiū)一
探究(tànjiū)
二
1.铝热反应
思维(sīwéi)建模
定义
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 作还原剂,另一种氧化物作氧化剂,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(Fe2O3、Cr2O3、V2O5 等)组成的 混合物