开发利用金属矿物 课件

(3)高温还原法 适用于大多数中等活泼的金属的冶炼，常用的还原剂有
□14 ________等。 ①高炉炼铁：□15 __________________________ ②铝热反应炼铁：□16 ______________________ ③用氢气还原氧化铜：□17 ____________________
【典例2】 下列金属冶炼的反应原理，错误的是( ) A．2NaCl(熔融)=通==电==2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2==△===Mg＋H2O C．Fe2O3＋3CO=高==温==2Fe＋3CO2 D．2HgO==△===2Hg＋O2↑
【解析】 本题主要考查有关金属冶炼的反应原理。一 般很活泼的金属用电解法(K—Al)。较活泼的金属用还原法 (Zn—Cu )。此法要求在高温时还原剂的还原性大于被冶炼的 金属；不活泼的金属用热分解法(Hg、Ag)。由于Mg的还原 性大于H2，故B不正确。
温馨提示：①在金属活动性顺序表中，金属的位置越靠 前，金属阳离子的氧化性越弱，越难被还原，最活泼的金属 只能用最强的还原手段(电解)还原，人们开发利用的时间也 就较晚。
②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，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电，而MgO虽 是离子化合物，但其熔点太高，电解时会消耗大量电能，成 本较高。
第四节
第 1 课时 金属矿物的开发利用
新知识·预习探究
●新知预习 1．金属在自然界中存在的形态
除了□1 ________、□2 ________等极少数金属以外，绝大
多数金属以□3 ________的形式存在于大自然中。
2．金属的冶炼方法
将金属从其 □4 ______中 □5 ______出来用于生产和制造 各种金属材料，这一过程在工业上称为□6 ______。
序
自然 只以化合 多数以化合态存在，极少数以 以游离
界中 存在形式 游离态存在
态存在
冶炼 方法
电解熔 电解或还原剂还原
融物
富集
5.合理开发和利用金属矿物资源
●典例透析 【典例 1】 (2013·经典习题选萃)金属材料在日常生活、 生产中有着广泛的运用，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 都是用电解熔融的氯化物制得的
(1)热分解法
适用于□7 ________金属的冶炼 ①加热分解HgO：□8 ________ □ ②加热分解Ag2O： 9 ________==△===4Ag＋O2↑
(2)电解法
适用于□10 ________金属的冶炼。 ①冶炼金属钠：□11 ______________________ ②冶炼金属镁：□12 ______________________ ③冶炼金属铝：□13 ______________________
(2)金属制品在使用过程中的变化 金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏，同时由于生产 的发展，新的产品要不断替代旧的产品，因而每年就有大量 废旧金属产生，废旧金属是一种固体废弃物，会污染环境。 (3)金属回收的意义 把废旧金属作为一种资源，加以回收利用。这样做，既 防止污染环境，又缓解了资源短缺的矛盾。据估算，回收一 个铝制饮料罐比制造一个新铝制饮料罐便宜20%，而且可以 节约95%的能源。
□9 2Ag2O □10 非常活泼 □11 2NaCl(熔融)=电==解==2Na＋Cl2↑
□ □ 12
MgCl2(熔融)
电解 =====
Mg＋Cl2↑
13
2Al2O3(熔融)
电解 冰==晶==石=
□ □ 4Al＋3O2↑ 14 焦炭、一氧化碳、氢气 15 Fe2O3＋3CO
□ □ 高温
=====
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________是氧化剂，________是还原剂，该 反应称为________反应。
③氢气还原法。例如，WO3＋3H2
高温 =====
W＋3H2O；
Fe3O4＋4H2=高==温==3Fe＋4H2O。
④活泼金属还原法。例如，Cr2O3＋2Al
高温 =====
2Cr＋
Al2O3；3V2O5＋10Al=高==温==6V＋5Al2O3(铝热反应)。
温馨提示：①②两种方法成本虽然低，但是炼得的金属 纯度较低，金属中都会混进杂质碳元素；③④两种方法炼得 的金属纯度高，③适用于冶炼高温下不与水反应的金属，④ 适用于高熔点、较不活泼的金属，但③④成本较高。
采用适当方法提纯金属
4．金属冶炼的方法 (1)热分解法 例如，2HgO==△===2Hg＋O2↑；2Ag2O==△===4Ag＋ O2↑。 温馨提示：热分解法要求原料物质热稳定性比较差，同 时所冶炼的金属活泼性也较差，否则金属又会被氧化了，所 以一般只适用于金属活动性顺序表中氢(H)以后的金属。
(2)热还原法 ①焦炭还原法。例如，ZnO＋C=高==温==Zn＋CO↑； CuO＋C=高==温==Cu＋CO↑。 ②一氧化碳还原法。例如，Fe2O3＋3CO=高==温==2Fe＋ 3CO2↑；CuO＋CO=高==温==Cu＋CO2↑。
3．金属冶炼的规律 金属冶炼的实质是将金属阳离子采用不同的方法还原为 金属单质，金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。
温馨提示：(1)由于生产条件不同，同种金属可能有多种 冶炼方法，但冶炼方法的总趋势是：金属活动性顺序中，金 属的位置越靠后，越易被还原，越靠前，越难被还原。最活 泼的金属只能用最强的还原手段(电解法来还原)。
2．不同的金属元素，将其由化合态还原为游离态的难易 程度是否相同？简要分析其中的关系
提示：不同的金属元素，将其由化合态还原为游离态的难 易程度是不相同的，有的还差别很大。
金属元素的原子失电子越容易，该金属元素的阳离子(或 正价态原子)得电子就越难；相反，金属元素的原子失去电子 越难，该金属元素的阳离子(或正价态原子)得电子就越容易。 不同的金属元素，其金属性(原子失去电子的能力)不同，因此， 将不同的金属元素由化合态还原为游离态的难易程度不同，有 的甚至差别很大。
(2)铝热反应的装置
(3)实验现象：Mg 条剧烈燃烧，氧化铁粉末和铝粉发生剧 烈反应，放出大量的热，发出耀眼的强光，纸漏斗被烧穿， 熔融物落入沙中，冷却后观察为铁珠。
(4)原因解释
镁条燃烧，放出一定的热量，KClO3作为引燃剂在受热 状态下同时发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发
生反应：2Al＋Fe2O3
新思维·名师讲堂
知识点1 金属矿物的开发利用 ●思维导图
●教材点拨 1．金属元素的存在 除金、铂等极少数金属外，绝大多数金属元素以化合物 的形式存在于自然界。
2．金属的冶炼
3．从金属矿物中提炼金属的一般步骤
富集 ―→ 除去杂质，提高矿物中有用成分的含量
↓百度文库
冶炼 ―→
将金属元素还原为单质
↓
精炼 ―→
3．有效利用金属资源的途径
(1)提高金属矿物的□18 ________； (2)减少金属的□19 ________； (3)加强金属资源的□20 ________； (4)使用□21 ________代替金属材料。
自我校对：
□1 金 □2 铂 □3 化合物 □4 金属化合物 □5 还原
□6 金属的冶炼 □7 不活泼 □8 2HgO==△===2Hg＋O2↑
(2)判断金属活动性的规律：①金属与水或酸的反应越剧 烈，该金属越活泼。②金属对应的氢氧化物的碱性越强，该 金属越活泼。③一种金属能从另一种金属的盐溶液中将其置 换出来，则该金属活泼性比另一金属强。④两金属能构成原 电池时，作负极的金属比作正极的金属活泼。⑤在电解的过 程中，一般的先得电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼 性比后得电子的金属阳离子对应的金属单质的活泼性弱。
2Fe＋3CO2
16
Fe2O3＋2Al
高温 =====
2Fe＋Al2O3
17
CuO＋H2==△===Cu＋H2O □18 利用率 □19 使用量 □20 回收
和再利用 □21 其他材料
●自主探究 1．金属的冶炼必须在高温下进行吗？
提示：不一定，加热法冶炼金属是因为这些化合物不稳定， 受热易分解，这就不需太高的温度，而热还原法往往在高温下 进行，电解法要看被电解物质的具体情况。很活泼的金属要电 解熔化物，就要高温。有的是电解某些溶液的，如电解精炼铜， 对溶液电解则不需高温。
高温 =====
2Fe＋Al2O3，该反应放出大量的
热，发出耀眼的白光，生成的铁在高温下呈熔化状态。该反
应又叫铝热反应，其中镁条作引燃物，KClO3作助燃剂。把 铝粉和某些金属氧化物(如Fe2O3、MnO2、V2O5、Cr2O3等)的 混合物叫做铝热剂，在高温下铝粉能置换出该金属氧化物中
的金属。
铝热反应的应用：①应用在生产上，可用于焊接钢轨 等。②冶金工业上用于冶炼高熔点金属。
(3)电解法 对于一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它 们还原出来，工业上常用电解法冶炼。例如， 2Al2O3冰=电=晶=解=石= 4Al＋3O2↑；MgCl2=电==解==Mg＋Cl2↑； 2NaCl(熔融)=电==解==2Na＋Cl2↑
(4)其他方法 湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 火法炼铜： Cu2S＋O2=高==温==2Cu＋SO2
③选择金属的冶炼方法与金属在自然界中存在的状态、 金属活动性等因素有关。下面是几种金属的冶炼方法：
金属活 动性顺 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
序 性质变 元素的金属性逐渐减弱，单质的还原性逐渐减 化规律 弱，离子的氧化性逐渐增强
金属活
动性顺 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
(3)正确处理化学原理和生产实际的关系：如金属钾的制 取，一般不是用电解KCl的方法，而是用熔融状态下的KCl 和Na反应：Na＋KCl 高温 NaCl＋K(g)，抽走钾蒸气，根据 平衡移动原理，上述平衡向生成钾的方向移动。
4．金属的回收和资源保护 (1)地球上金属矿产资源的存量与人类需求的矛盾 地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不可再生的， 随着人类不断开发利用，矿产资源将会日渐减少，地球上金 属矿产资源的存量与人类需求的矛盾日益突出。
【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Al2O3。
【答案】 D
回收的废旧金属，大部分可以重新制成金属或它们的化 合物再用。例如，废旧钢铁可以用于炼钢，废铁屑可以用于 制铁盐，从电解精炼铜的阳极泥中，可回收金、银等贵重金 属，从电影业、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。
●典例透析 【典例 3】 (2013·经典习题选萃)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 层滤纸取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏 斗套在一起，架在铁圈上，下面放置一盛沙的蒸发皿。把 5 g 干燥的氧化铁粉末和 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。
【答案】 B
【点拨】 金属的冶炼方法通常用电解法、高温还原法
和热分解法。
K Ca Na Mg Al 电解法
Zn Fe Sn Pb H Cu 高温还原法
Hg Ag 热分解法
Pt Au 自然界中存在单质
知识点2 铝热反应及金属的回收利用 ●思维导图
●教材点拨 1．铝热反应的定义：铝和金属氧化物在高温下发生反 应并放出大量热的化学反应。 2．铝热反应实验探究 (1)实验步骤 ①把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起，内层漏 斗底部剪一个小孔后用水润湿。并架在铁圈上；②将5 g炒干 的Fe2O3粉末和2 g铝粉混匀后放入纸漏斗中，在混合物上面 加少量KClO3固体。中间插一根用砂纸打磨过的镁条；③用 燃着的小木条点燃镁条，观察现象。