第二节　资源综合利用　环境保护教案1

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

第1课时

金属矿物的开发利用

●课标要求

1．了解金属冶炼的一般原理及冶炼的一般方法。

2．了解金属回收的意义，树立资源保护意识。

●课标解读

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。

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。

●教学地位

本课时通过金属冶炼的基本原理，能够使学生认识到化学是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成金属单质的唯一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼方式的主要依据。通过一些实验、思考和讨论，能够帮助学生认识金属冶炼过程往往需要消耗大量的能量，也容易造成严重的环境污染，从而使学生充分理解改进工艺条件、节能降耗、回收废旧金属等，就成为与冶炼金属同样重要的问题，有利于培养学生关心社会、热爱生活的习惯。

●新课导入建议

历史上有一段时间，铝比黄金还贵，你知道原因吗？

●教学流程设计

课前预习安排：看教材P88－90，填写[课前自主导学]中的“知识1、2”所涉及的问题并完成[思考交流1、2]。建议方式：同学之间可进行讨论交流步骤1：导入新课，本课时教学地位分析⇒⇒步骤2：建议对[思考交流]1、2多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究

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步骤5：在老师指导下由学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]中的1、2、3题，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇐步骤4：教师通过[例1]和教材P88－89的讲解对探究1中的概念适用注意事项进行总结。⇐步骤3：师生互动完成探究1。互动方式：可利用[问题导思]的设问由浅入深进行师生互动。建议教师除例1之外，再变换一下命题角度，设置一些备选例题以拓展学生的思路。

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步骤6：师生互动完成探究2，互动方式：可利用[问题导思]的设问由浅入深进行。⇒步骤7：教师通过[例2]和教材P89－90的讲解对探究2中的概念进行总结。⇒步骤8：在老师指导下由学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的4题，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇒步骤9：先由学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照[课堂小结]以明确掌握已学内容。安排学生课下完成[课后知能检测]

1.冶炼原理

金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，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．金属的存在形式与金属活泼性有什么关系？

【提示】

大多数活泼金属以化合态存在，少数不活泼金属如金、铂以游离态存在。

2．金属冶炼的本质是什么？【提示】

金属阳离子得到电子被还原。

【问题导思】

①人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？

【提示】

金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。

金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。

②工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO制取镁呢？(MgO的熔点：2 852 ℃，MgCl2的熔点：712 ℃) 【提示】

由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg。

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．金属活泼性与对应离子得电子能力的关系

金属越活泼，其对应离子越难得电子，越难被还原成单质。

3．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

4.金属冶炼的热还原法

(1)热还原法的分类

(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。

高温高温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成：C＋O2=====CO2，CO2＋C=====2CO，所

以用CO还原法冶炼得到的金属中混有杂质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含碳化物，得不到纯度较高的金属。

④用铝热反应冶炼金属，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。

下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(

) 选项

A 冶炼原理

△2HgO=====2Hg＋O2↑

通电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

B 电解法

C 热分解法

D 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正确。C错误，C项为火法炼铜。

【答案】

C

1．下列各种冶炼方法中，可制得相应的金属的是(

) A．加热氧化铝

B．加热碳酸钙

C．电解熔融氯化钠

D．氯化钠与铝粉高温共热

【解析】

铝为活泼金属，氧化铝受热很难分解，加热氧化铝不能制得铝，A项不正确；钙的化学性质活泼，加热碳酸钙可得到分解产物氧化钙，无法制得金属钙，B项不正确；电解熔融的氯化钠可制得金属钠，C项正确；钠比铝活泼，氯化钠与铝不反应，D项不正确。

【答案】

C 【问题导思】

①铝热反应中KClO3的作用是什么？

【提示】

KClO3是引燃剂在受热状态下发生分解生成氧气使Fe2O3和铝粉反应。

②Al和Mg组成的混合物能不能称为铝热剂？

【提示】

不能。因为铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al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，所以Al和MgO组成的混合物不能称之为铝热剂。

1．实验

实验操作

镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的实验现象

反应。反应放出大量的热，并发生耀眼的白光。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

实验结论

2.铝热反应

概念

原理

铝热剂

反应

特点

应用

1．镁条、铝粉表面要没有被氧化，且氧化铁粉末要干燥。

2．要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定用水润湿，以防高温物质从四周溅出。

用如图所示的装置做铝热反应实验，回答下列问题：

铝和一些较不活泼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

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

铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物

在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离

冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等

在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热

(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(把序号填写在横线上)：________。

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：

____________________。

高温【解析】

(1)铝热反应为2Al＋Fe2O3=====2Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。

(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，反应中镁条引起氯酸钾分解；氯酸钾引发铝热反应。

高温【答案】

(1)Fe2O3＋2Al=====Al2O3＋2Fe

Fe2O3

Al

铝热

(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

铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al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，如Al和MgO组成的混合物不能称之为铝热剂。

2．(2013·黄冈高一检测)为确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成，分别进行下列实验。(1)若取一定量上述样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成气体(标准状况，下同)的体积为6.72 L。反应的化学方程式是

________________________________________________________________________。样品中铝的质量是________g。

(2)若取等量的上述样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是_________________________________；

氧化铁的质量是________g。

【解析】

(1)铝热剂中只有铝能与NaOH溶液反应，Fe2O3不能反应，根据化学方程式计算，设金属铝的质量为x，则：

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2×27

3×22.4 x

6.72 L 2×27×6.72x＝＝5.4 g，样品中铝的质量为5.4 g，物质的量为0.2 mol。

3×22.4高温(2)铝热剂点燃恰好完全反应，化学方程式为2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe，由该方程式可推知：铝和氧化铁的物质的量比是2∶1，所以氧化铁的物质的量是0.1 mol，质量是16 g。

【答案】

(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

5.4 高温(2)2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe

16 【教师备课资源】

工业炼铜

(1)火法炼铜

制取铜的原料为黄铜矿(CuFeS2)，首先将黄铜矿在沸腾炉中焙烧，此时发生反应：2CuFeS2＋O2===Cu2S＋2FeS＋SO2，然后再将FeS进一步转化为FeO，发生反应的化学方程式为：2FeS＋3O2===2FeO＋2SO2，生成的FeO与造渣材料SiO2发生反应：SiO2＋FeO===FeSiO3，生成的炉渣FeSiO3悬浮于冰铜(含铜量较高)表面而除去。

将熔融态的冰铜在高温下与吹入的空气发生下列反应：

2Cu2S＋3O2===2Cu2O＋2SO2

2Cu2O＋Cu2S===6Cu＋SO2

从而获得粗铜，再电解精炼即可得到纯铜。

(2)湿法炼铜

湿法炼铜是指用较活泼的金属(如铁)将铜从铜盐溶液中还原出来，发生反应的化学方程式为：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu (3)生物炼铜

利用某些“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能用空气中的氧气氧化硫化铜矿石的特殊本领，把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。冶炼成本低，污染小，反应条件简单，即使含量(品位)很低的矿石也可被利用。