第二节　资源综合利用　环境保护教学实录与评析

第四章

化学与自然资源的开发利用

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

学习目标

1．了解金属在自然界存在的形式。

2．掌握金属冶炼的方法：加热分解法、电解法和加热还原法。

3．通过比较各种金属的活泼性，得到金属冶炼的规律，对常见金属能判断其冶炼方法。

4．通过铝热反应的实验，理解热还原法冶炼金属的原理。

5．掌握铁、铜、镁、铝、钠的冶炼方法，会书写相关化学方程式。

学习重点

1．对常见金属能判断其冶炼方法。

2．掌握铁、铜、镁、铝、钠的冶炼方法，会书写相关化学方程式。

学习过程

一、金属矿物的开发利用

1．金属的存在

思考1：金属在自然界中有哪些存在式？

2．金属冶炼的方法

思考2：什么叫金属的冶炼？金属冶炼的原理是什么？

（1）热分解法



，

AgO



。

HgO

2思考与交流1：什么样的金属适宜用热分解法来冶炼？

（2）电解法

NaCl（熔融）Al2O3（熔融）MgCl2（熔融）

，

，

。

思考与交流2：什么样的金属适宜用电解法来冶炼？

（3）热还原法

思考与交流3：什么样的金属适宜用热还原法来冶炼？冶炼金属的还原剂常见的有哪些？

实验探究：P89页实验4-1 实验步骤

教材P89页实验4-1 实验现象

结论和化学方程式

铝热反应：铝与某些还原性较铝弱的金属氧化物在高温下的置换反应叫做铝热反应。铝与这些金属氧化物的混合物称为铝热剂。铝热反应的用途：焊接钢轨、冶炼难熔金属。

Al + V2O5

—

。Al + MnO2

—

。

引发铝热反应的方法是

。

3．常见金属冶炼的原理

金属

冶炼原理

Fe

Cu

Mg

Al Na

思考3：开发和利用金属矿物资源应注意哪些问题？

总结1：金属的性质

金属活动顺序

单质还原性

离子氧化性

Cl2

K

Ca

Na

Mg

Al

Zn

Fe

Sn

Pb (H)

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

强

弱

K+

能直接化合，变价金属一般生成高价金属氯化物

与硫蒸气直接化合，变价金属一般生成低价硫化物

常温下易氧O2

化，点燃生成过氧化物等

常温反应生成碱和H2

常温下生成氧化膜，空气（或氧气）中可点燃

不反应

与单质反应

与H2O 冶炼方法

S 加热化合

不反应

热水反应

碱溶液反应

生成盐和H2

与蒸气高温下反应

不反应

与H+反应

与其中的水反应

加热不分解

不反应

与盐溶液反应

排在前面的金属能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来

碱的稳定性

加热分解

常温下分解

氧化物与水反应

剧烈反应

缓慢反应

不溶于水，与水不直接化合

阳离子水解

自然界存在

不水解

化合态

电解法

水解

化合态和游离态

主要为热还原法

加热法

游离态

富集法

总结2：金属冶炼方法的选择与金属活泼性的关系

金属的活

动性顺序

金属原子

失电子能力

金属离子

得电子能力

主要冶

炼方法

还原剂或

特殊措施

电解法

强大电流

提供电子

热还原法

H2、CO、C、

Al等加热

K、Ca、Na、

Mg、Al Zn、Fe、Sn、

Pb、(H)、Cu 强→弱

弱→强

热分解法

加热

富集法

物理方法或

化学方法

Hg、Ag Pt、Au

思考与交流4：教材P90页思考与交流（课后查阅和收集资料）

基础训练

一、选择题(每小题只有一个正确答案) 1.

我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭的混合物的方法炼铜。孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其冶炼方法是(

) A．焦炭还原法

B．湿法炼铜 C．铝热还原法

D．电解冶炼法

2.

高温还原法是一种金属冶炼常用的方法。下列还原剂中通常不用于高温还原法冶炼金属．．．的是(

) A．焦炭

B．CO

C．H2

D．NH3

3.

元素在自然界的分布很不均匀，如非洲多金矿，澳大利亚多铁矿，中国富产钨。从地壳中元素含量的多少分析，最丰富的金属元素是(

) A．铝

B．镁

C．铁

D．钙

4.

金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是(

) A．热还原法

B．电解法

C．热分解法 D．铝热法

5.

下列金属冶炼的反应原理中错误的是(

) ．．A．2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2

↑

C．Fe3O4＋4CO=====3Fe＋4CO2

高温电解

B．MgO＋H2=====Mg＋H2O

D．Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2

高温高温6.

金属元素广泛存在于各种矿石和海水中，不同金属的冶炼方法各不相同。下列金属中能用直接加热分解的方法从其化合物中还原出来的是(

) A．钠

A B C D

B．铜

金属

Fe Hg Mg Na

C．铝

冶炼原理

Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2

2HgO=====2Hg＋O2↑

2MgO(熔融)=====2Mg＋O2↑

2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑

通电通电△高温

D．汞

7.

下列常见金属的冶炼原理中不合理的是(

) ．．．8.

下图表示人类使用不同金属的大致年代。这个先后顺序跟下列有关的是(

)

①地壳中金属元素的含量

②金属活动性顺序

③金属的导电性

④金属冶炼的难易程度

⑤金属的延展性

A．①③ 二、填空题

B．②⑤

C．③⑤

D．②④

9.

冶炼金属常用以下几种方法：①以C或CO、H2作还原剂还原

②电解法

③热分解法

④铝热法。这些方法各适宜用来冶炼哪些金属？(从Al、Cu、Hg、Mn中选择) 方法①适用于__________________；方法②适用于__________________；

方法③适用于__________________；方法④适用于__________________。

10.

(1)我国晋代炼丹家葛洪所著《抱朴子》中记载有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”[曾青(CuSO4)]。试写出该反应的离子方程式

。

(2)铜器表面有时会生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]，这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式

。

(3)工业上常用铝热反应产生的“铁水”来焊接铁轨，请写出铝热反应的化学方程式：

。

11.

在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化

请填写以下空白: （1）孔雀石的主要成份是CuCO3·Cu(OH)2(碱式碳酸铜)受热易分解。上图中的F是＿＿＿＿＿。

（2）写出明矾溶液与过量的NaOH溶液反应的离子方程式＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）图中所得G和D都为固体,混合后在高温下可发生反应写出该反应化学方程式

mol E。

。

（4）每生成1mol D同时生成

12.

如下图所示，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。在内层滤纸的底部剪一个孔并湿润内层滤纸，下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和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。

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

；其中

是氧化剂，

是还原剂，该反应称为

反应。

(2)该实验的实验现象为

(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纸漏斗的下部被

烧穿

④熔落物能够被磁铁吸引

(3)写出对应下列操作或物质的作用(填字母)：

内层滤纸漏斗底部剪一个孔：

；内层滤纸漏斗用水湿润：

；蒸发皿盛沙：

；镁条：

；氯酸钾：

。

a．防止纸漏斗着火

d．引燃KClO3

b．使熔融物易于落下

e．防止溅落物炸裂蒸发皿

c．引发铝热反应

(4)若将氧化铁换成氧化镁，则该反应能否发生？

(填“能”或“不能”)，理由是

。

13.

钛（Ti）因为具有许多神奇的性能而越来越引起人们的关注，常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与许多常见非金属单质反应，钛是航空、宇航、军工、电力等方面的必需原料，地壳中含钛矿石之一称金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：

第一步，金红石、炭粉混合在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体，该步发生的反应的化学方程式是：

。

第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

（1）此反应的化学方程式

；

（2）如何由上述所得产物中获得纯净金属钛？简述主要实验步骤并写出有关反应的化学方程式

。

拓展训练

一、选择题(每小题只有一个正确答案) 1.

“细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采矿石。例如，在氧化亚铁杆菌的存在下，黄铁矿被空气氧化为Fe2(SO4)3，使溶液的酸性增强，其反应如下：4FeS2＋15O2＋2H2O=====2Fe2(SO4)3＋2H2SO4。下列不属于“细菌冶金”特点的是(

) ．．．A．对贫矿、尾矿的开采利用更有价值

C．可以获得一些重要的副产物

B．反应须在高温下方能进行

D．该方法能大大降低能源消耗、减少污染

细菌2.

赤铜矿的主要成分是Cu2O，辉铜矿的主要成分是Cu2S，将赤铜矿与辉铜矿按一定比例混合加热可制得铜：2Cu2O＋Cu2S=====6Cu＋SO2↑。对于该反应，下列说法中正确的是(

) A．该反应中的氧化剂只有Cu2O 1 C．Cu既是氧化产物又是还原产物

D．Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂

3.

黄金是一种贵重金属，广泛应用于首饰。近年来，我国某些地区出现了私自滥采黄金的现象，提炼过程中一般会使用剧毒的化学药品氰化物，其直接后果是(

) ①污染水体

②破坏臭氧层

③危害工人的生命与健康

④破坏植被

B．氧化产物和还原产物的物质的量之比为6∶△

A．①②

B．①②③

C．②④

D．①③④

4.

金属钛的机械强度高，抗腐蚀能力强，常用做反应釜和金属记忆材料，有“未来金属”之称。工业上常用硫酸分解钛铁矿(FeTiO3)的方法来制取TiO2，再由TiO2制取金属钛，主要反应如下：①FeTiO3＋3H2SO4===Ti(SO4)2＋FeSO4＋3H2O；

②Ti(SO4)2＋3H2O===H2TiO3＋2H2SO4；

③H2TiO3===TiO2＋H2O；

④TiO2＋2C＋2Cl2===TiCl4＋2CO；

⑤TiCl4＋2Mg===Ti＋2MgCl2。

下列叙述中错误的是(

) ．．A．反应①是非氧化还原反应

C．反应④中TiO2是氧化剂

二、填空题

5.

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a g样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体(标准状况下，下同)体积为b L。反应的化学方程式是

，样品中铝的质量是

。

(2)若取a g样品将其引燃，其实验操作是

，该反应的化学方程式是

。若样品恰好完全反应，则氧化铁和铝的质量之比为

。

(3)待(2)中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为c

L，该气体与(1)中所得气体的体积之比c∶b＝______。

6.

（08年高考江苏化学）根据下列框图回答问题（答题时，方程式中的M、E用所对应的元素符号表示）：

M红色金属

B．反应②是复分解反应

D．反应⑤说明了镁的还原性比钛强

H2SO4H2O2MSO4蓝色溶液MZKOHKOHCl2KSCNK2EO4

红色溶液E金属XH2SO4H2O2Y⑴写出M溶于稀H2SO4和H2O2混合液的化学方程式：

。

⑵某同学取X的溶液，酸化后加入KI、淀粉溶液，变为蓝色。写出与上述变化过程相关的离子方程式：

、

。

⑶写出Cl2将Z氧化为K2EO4的化学方程式：

。