第1课时 金属矿物的开发利用(知识点归纳及典例解析)

第1课时 金属矿物的开发利用
[目标导航] 1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。

2.掌握铝热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。

一、金属的冶炼
1．金属在自然界中存在的形态 除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。

在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。

2．金属冶炼的原理 金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。

即：M n ＋＋n e －
===M 。

3．金属的冶炼方法
(1)热分解法：适用于金属活动性顺序表中Hg 及其以后的金属。

2HgO=====△2Hg ＋O 2↑；2Ag 2O=====△
4Ag ＋O 2↑。

(2)热还原法：适用于金属活动性顺序表中Zn 、Cu 之间的金属。

Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2；
WO 3＋3H 2=====高温W ＋3H 2O ；
Cr 2O 3＋2Al=====高温Al 2O 3＋2Cr 。

(3)电解法：适用于金属活动性顺序表中Al 及其以前的金属。

2Al 2O 3(熔融)=====电解冰晶石
4Al ＋3O 2↑； 2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑。

提醒 (1)电解熔融的NaCl 和电解NaCl 溶液的产物不同。

(2)工业上冶炼镁是电解MgCl 2而不是MgO 的原因是MgO 的熔点比MgCl 2的高，冶炼铝是电解Al 2O 3而不是AlCl 3的原因是AlCl 3是共价化合物，熔融状态不导电。

议一议
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)黄金的冶炼可用热分解法( )
(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质( )
(3)工业上电解MgCl 2溶液制取Mg( )
答案 (1)× (2)× (3)×
2．利用CO 冶炼铁的反应是置换反应吗？
答案 3CO ＋Fe 2O 3=====高温
2Fe ＋3CO 2，不是置换反应
二、金属矿物的开发利用
1．合理开发利用金属资源
金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。

2．有效利用金属资源的途径
(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量；
(2)加强金属资源的回收和再利用；
(3)使用其他材料代替金属材料。

议一议
请你列举身边常见的金属制品的成分，并讨论它们被人类使用的历史。

答案 (1)铜：使用历史悠久；
(2)铁：比铜的使用稍晚；
(3)铝：近代才开始广泛使用；
(4)镁合金、锂电池：现代才开始使用。

一、金属冶炼的原理与方法
例1 下列金属冶炼原理错误的是( )
A ．2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑
B ．MgO ＋H 2=====△Mg ＋H 2O
C ．Fe 3O 4＋4CO=====高温3Fe ＋4CO 2
D ．2HgO=====△
2Hg ＋O 2↑
解析 Na 、Mg 通常用电解法制取，Fe 用还原剂法制取，Hg 可用加热其化合物的方法制取。

Mg 的活动性比H 2强，H 2不能置换出Mg ，B 项错。

答案 B
归纳总结
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：M n ＋＋n e －===M 。

2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
变式训练1 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①
B ．(Ⅱ)用②
C ．(Ⅲ)用③
D ．(Ⅳ)用④
答案 B
解析 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。

(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是
(Ⅰ)：Cu 2(OH)2CO 3=====△2CuO ＋CO 2↑＋H 2O ，C ＋2CuO=====△2Cu ＋CO 2↑，符合①； (Ⅱ)：Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋Cu ，符合③；
(Ⅲ)：2Al ＋Cr 2O 3=====高温Al 2O 3＋2Cr ，符合③；
(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl 2，再电解MgCl 2：MgCl 2(熔融)=====电解Mg ＋Cl 2↑，符合④。

二、铝热反应
例2 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KClO 3分解产生O 2，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)
归纳总结
1．铝热反应
(1)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。

(2)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。

(3)铝热剂：铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。

(4)反应特点：
①在高温下进行。

②反应迅速并放出大量的热。

③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。

(5)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。

2．铝热反应实验
(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
变式训练2 如图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。

把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。

把5 g 炒干的氧化铁粉末加2 g 铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。

观察发生的现象。

通过以上实验信息，回答下列问题。

(1)写出该反应的化学方程式：____________________________________________ ________________________________________________________________________；
在该反应中，______________(填化学式，下同)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：________(填写在横线上)。

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：________________________________________________________________________； 氯酸钾：________________________________________________________________________。

(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？
答案 (1)2Al ＋Fe 2O 3=====高温2Fe ＋Al 2O 3 Fe 2O 3 Al 铝热 (2)①②③④ (3)使熔融物易于落下 防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害 引燃剂，引起氯酸钾分解 助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应 (4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。