归纳与整理教案及板书设计

化学与自然资源的开发利用复习(第一课时）

复习目标

1．使学生了解金属冶炼的一般原理，理解金属单质的活泼性与选择冶炼方法之间的联系。

2．开发利用金属矿物，常识性介绍金属的回收和利用，了解化学与资源综合利用。

3．培养学生的环境意识和资源观念。

要点提示

教学重点：归纳能力、比较能力的培养。

教学难点：培养举一反三的能力，培养发散思维、创新思维的能力。

教学过程

一、金属矿物

【知识梳理】

思考1：铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？

____________________________________________________________________。

1. 金属矿物的矿物利用

金属在自然界中的存在

金、铂等极少数金属以游离态形式存在于自然界中，而绝大多数金属元素以化合态形式存在。在这些金属化合物中，金属元素都呈正价。

2. 金属冶炼的实质

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。Mn++ne—

=====

M 3. 金属冶炼的方法

要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法。金属活动顺序如下

KCaNa Mg Al

Zn

Fe

Cr

Ni

SnPb

(H)

Cu

Hg Ag

PtAu

电解法

热还原法

热分解法

物理提取法

（1）热分解法

△

2HgO 2Hg + O

2↑ ， 2Ag2O 4Ag + O2↑

△

（2）热还原法

①焦炭还原法：用碳还原ZnO、CuO，方程式为

2ZnO + C

△

2Zn + CO2↑ 2CuO + C

△

2Cu + CO2↑

②一氧化碳还原法，如用CO还原Fe2O3、CuO，方程式为：

Fe2O3 + 3CO

△

3CO2 + 2Fe CO + CuO

△

Cu + CO2↑

③氢气还原法，如用H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式为: 3H2 + WO3

△

W + 3H2O 4H2 + Fe3O4

△

3Fe + 4H2O ④活泼金属还原法，如用铝还原Cr2O3、V2O5，这类反应又称铝热反应，方程式为：

2Al + Cr2O3

高温

Al2O3 + 2Cr 10 Al +3V2O5

高温

6V + 5Al2O3 （补充）铝热反应

(1)原理

铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质，如Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3、Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3、3Co3O4＋8Al9Co＋4Al2O3等。

(2)反应特点

①引燃剂：镁条、氯酸钾。

②反应条件：高温。

③反应现象：剧烈燃烧，放出大量的热，导致混合物剧烈反应过后，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。

④结论：Fe2O3中的铁被还原为单质铁，单质铝被氧化为Al2O3，由熔融物及铁珠可知此反应放出大量的热，使生成的铁熔化为铁水。

(3)应用

①野外焊接钢轨。

②冶炼高熔点金属。

（3）电解法冶炼金属

如Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，方程式依次为：

2Al2O3

电解

4Al + 3O2↑ MgCl2

电解

Mg + Cl2↑ 2NaCl

电解

2Na + Cl2↑

【例1】

冶炼金属一般有下列四种方法：

①焦炭法；②水煤气(或H2或CO)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)火烧孔雀石法炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜，现代有(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是(

)。

A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用② C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④

解析：B (Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)发生的反应分别是：

△高温(Ⅰ)Cu2(OH)2CO3=====2CuO＋CO2↑＋H2O,2CuO＋C=====2Cu＋CO2↑，符合①；

(Ⅱ)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；

高温(Ⅲ)2Al＋Cr2O3=====Al2O3＋2Cr，符合③；

电解(Ⅳ)先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2，MgCl2=====Mg＋Cl2↑，符合④。

【例2】铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。

某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如图：

(1)写出得到单质铁的化学方程式：________________________________。

(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁：____________________________________________________。

(3)装置末端气球的作用为________________________________，实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入CO，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。

解析：检验是否生成单质铁，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色、无味气体(H2)，则生成了单质铁；反应结束后，得到的铁还是赤热的，若先停止通入CO会导致铁又被氧化，所以应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。

高温答案：(1)Fe2O3＋3CO=====

2Fe＋3CO2

(2)取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色、无味气体，则证明生成了单质铁

(3)收集CO，防止污染空气

先停止加热，防止生成的铁再次被氧化

（4）有效利用金属资源的途径

①提高金属矿物的利用率；

②减少金属的使用量；

③加强金属资源的回收和利用；

④使用其他材料代替金属材料。

练习1．用铝热法还原下列化合物，制得金属的物质的量各 1 mol,需消耗铝最少的是

A．MnO2 B．WO3 C．Co3O4 D．Cr2O3 练习2．2．钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不能与非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应，钛是航空、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(主要成分是TiO2)。目前大规模生产钛的方法是：

(1)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。该反应的化学方程式为__________________________，该反应的还原剂是____________。

(2)第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件与TiCl4反应制得金属钛。

①写出此反应的化学方程式________________________________________。

②简述由上述所得产物中获得金属钛的步骤：

_________________________________________________________________ ___________________________________________________________。

练习3．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol/L盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L(标况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；

④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。

请填空：

(1)①中引发铝热反应的实验操作是________，产物中的单质B是________；

(2)②中所发生的各反应的化学方程式是__________________；

(3)③中所发生的各反应的离子方程式是____________________；

(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c(Mg2＋)为________，

c(Fe2＋)为________。

1.C 2. 解析：第一步中：反应物为TiO2、C和Cl2，产物为TiCl4和CO(可燃性高温气体)，据得失电子守恒配平方程式：TiO2＋2C＋2Cl2――→TiCl4＋2CO，还原剂

为C。

第二步中：反应物为Mg与TiCl4，产物为Ti和MgCl2，配平即得。2Mg＋氩气TiCl4=====△2MgCl2＋Ti。因Ti不与强酸反应，而制取Ti时Mg过量，因此可将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤，即得纯净的Ti。

高温答案：(1)TiO2＋2C＋2Cl2=====

TiCl4＋2CO C 氩气(2)①2Mg＋TiCl4=====△2MgCl2＋Ti ②将还原后的产物溶于过量的盐酸中过滤，洗涤即得到纯净的Ti。

3.解析：由铝热反应在中学化学中的应用，推知①中发生的反应为2Al＋Fe2O3===Al2O3＋2Fe，可知B为铁；由③中放出1.12 L(标况)气体，固体B剩余及④中加入KSCN溶液不变色，推知②中盐酸过量，②中发生的反应为MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O；Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O。溶液C中的溶质为MgCl2、FeCl3和盐酸，③中发生的反应为Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，Fe＋2FeCl3===3FeCl2，溶液D中的溶质为MgCl2、FeCl2；等物质的量混合的MgO和Fe2O3混合物20 g，其中n(MgO)＝n(Fe2O3)＝0.1 mol，c(Mg2＋)＝中Cl－0.1 mol＝0.67 mol/L，由于整个反应0.15 L2＋守恒，Cl－以MgCl2和FeCl2的形式存在，做n(Fe)＝0.15 L×6.0 mol/L－2×0.1 mol0.35 mol2＋＝0.35 mol，所以c(Fe)＝＝2.3 20.15 Lmol/L。

答案：(1)加少量KClO3，插上Mg条并将其点燃

Fe (2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O，

MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O (3)Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑

Fe＋2FeCl3===3FeCl2

(4)0.67 mol/L 2.3 mol/L