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1、第四章,化学与自然资源的开发利用,第四章,第一节开发利用金属矿物和海水资源,第四章,第1课时金属矿物的开发利用,现在我们家庭中大多都是不锈钢或陶瓷餐具，铝制餐具已逐渐退出，但在铝刚被提炼出来的19世纪，拿破仑大宴宾客及大臣时，其他人用银做的餐具而他自己却用铝做的餐具。1889年，德国著名的化学家门捷列夫到英国伦敦访问和讲学，英国科学家为表彰他在化学上的杰出贡献，尤其是在发现元素周期律和建立元素周期表上的贡献，赠给他一件贵重的奖品，就是用金和铝制成的一架天平。为什么在地壳中含量比铁还多的金属铝，在19世纪比金还贵重呢？,随着经济和社会的发展，各种各样的金属应用越来越广，但绝大多数的金属元素以化合
2、物的形式存在于自然界的金属矿物中。那么，怎样从金属矿物中得到金属呢？不同的金属冶炼方法是否相同呢？,学习目标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。3掌握铝热反应原理及实验步骤。4了解金属回收和资源保护的意义。5认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。,新知预习1金属在自然界中存在的形态除了_、_等极少数金属以外，绝大多数金属以_的形式存在于大自然中。2金属的冶炼方法将金属从其_中_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_。,金,铂,化合物,金属化合物,还原,金属的冶炼,不活泼,2Ag2O,非常活泼,(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
3、还原剂有_等。高炉炼铁：_铝热反应炼铁：_用氢气还原氧化铜：_,焦炭、一氧化碳、氢气,3有效利用金属资源的途径(1)提高金属矿物的_；(2)减少金属的_；(3)加强金属资源的_；(4)使用_代替金属材料。,利用率,使用量,回收和再利用,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，如电解精炼铜，对溶液电解则不需高温。,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
4、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。,金属矿物的开发利用,思维导图,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,教材点拨,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
5、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。,温馨提示：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；两种方法炼得的金属纯度高，适用于冶炼高温下不与水反应的金属，适用于高熔点、较不活泼的金属，但成本较高。,温馨提示：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。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
6、其熔点太高，电解时会消耗大量电能，成本较高。,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：,5.合理开发和利用金属矿物资源,(2014试题调研)下列关于金属冶炼的叙述正确的是()A工业上可利用铝热反应大量冶炼金属铁B金属钠、铝和铜都可用还原法制备C电解饱和氯化镁溶液可得金属镁D用足量CO还原磁铁矿得到9 mol铁时转移24 mol电子,典例透析,【解析】选项A，金属铝的价格远远高于铁的，所以工业上不用铝热反应来大量冶炼铁。选项B，钠、铝属于活泼金属，应采用电解熔融NaCl、Al2O3的方法来制备Na、Al。选项C，电解饱和MgCl2溶液得到Mg
7、(OH)2。选项D，磁铁矿的主要成分为Fe3O4，根据Fe3O43Fe，生成3 mol Fe时转移8 mol电子，则得到9 mol铁时转移24 mol电子。【答案】D,【点拨】高考中金属冶炼类题目的难度都不大。复习中要注意四点：一是根据金属活动性顺序表，熟悉电解法(KAl)、热还原法(ZnCu)和热分解法(HgAg)等冶炼金属的方法。二是注意电解熔融NaCl、MgCl2与电解其溶液的区别。三是要熟悉铝热反应的相关概念和用途等。四是若涉及相关计算应采用关系式法、守恒法或差量法求解(如本题选项D)。,(2014经典习题选萃)下列金属冶炼的反应原理，错误的是(),【解析】本题主要考查有关金属冶炼的反
8、应原理。一般很活泼的金属用电解法(KAl)。较活泼的金属用还原法(ZnCu )。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。【答案】B,1(2014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答案：D,变式训练,点拨：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
9、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：B点拨：镁是比铝活泼性强的金属，应利用电解法冶炼。,铝热反应及金属的回收利用,思维导图,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；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；用燃着的小木条
10、点燃镁条，观察现象。,教材点拨,(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。,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)判断金属活动性的规律：金属与水或酸的反应越剧烈，该金属越活泼。金属对应的氢氧化
11、物的碱性越强，该金属越活泼。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。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。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。,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。(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
12、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。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。,(2014试题调研)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
13、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。,典例透析,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。(2)选出该实验的实验现象(填写在横线上)：_。镁条剧烈燃烧；放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；纸漏斗的下部被烧穿；有红热状态的液球落入蒸发皿内的细沙上，液球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
14、沙：_；镁条：_；氯酸钾：_。,(2)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；反应中镁条引起氯酸钾分解；氯酸钾引发铝热反应。,答案：B点拨：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。,变式训练,1(2014周口市重点中学高一6月联考)下列金属中，通常采用热还原法冶炼的是()ANaBAlCFeDAg答案：C点拨：Na、Al采用电解法，Ag采用热分解法，Fe采用热还原法，C项正确。,2(2013武汉高一检测)不同的金属，其冶炼方法也可能不同，主要原因是(
15、)A金属的活动性不同B金属在自然界中的分布不同C金属在自然界中的存在形式不同D金属在自然界中的含量不同答案：A点拨：根据金属的活动性不同，对不同的金属采取不同的冶炼方法，A正确。,3(2013沈阳高一检测)下列方法中不能从溶有黄金的王水中提取出金的方法是()A萃取B用Zn置换C用Fe置换D电解答案：A点拨：Au不活泼，其提取方法有多种可能。用铁或锌置换或电解的方法都能得到金。,C在反应2Cu2OCu2S=6CuSO2中，只有Cu2O作氧化剂D电解精炼铜的过程中，每转移1 mol电子时，阳极溶解铜的质量为32 g答案：A,5(2014试题调研)冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气(或H2，
16、或CO)法；活泼金属置换法；电解法。四种方法各有优缺点，在工业上均有应用。(1)一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为_(填序号)。AO2、CO2BO2、COCCO2、CODCO、CO2,(2)下列说法错误的是_(填序号)。A对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液制得D热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等,铝的冶炼史1825年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了，所以不允许
17、大规模地生产铝。又过了27年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪着金属光泽的小铝球。因此在19世纪，铝是一种珍贵的金属，它的价格同黄金相当。,1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯马丁霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授(这位教授正是维勒的学生)说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。霍尔在自己家里的柴房中办一个家庭实验室，经过两年的不断探索终于在1886年2月的一天，他终于看到小球状的铝聚集在阴极上，后来，这些铝球竟成为“王冠宝石”，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。,还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。霍尔与埃鲁在遥远的两大洲，同年来到人世(1863年)又同年发明了电解炼铝法(1886年)。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷，但后来却成为莫逆之交。1911年，当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式。亲自向霍尔表示祝贺。或许是上天的旨意，1914年，这两位科学家又都相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。,