归纳与整理名师教学实录

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

【教学目标】

1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。

2.掌握铝热反应原理及实验步骤。

3.了解金属回收和资源保护的意义。

4.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。

【自主学习】

一、金属的冶炼

1．金属在自然界中存在的形态

除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。

2．金属冶炼的原理

金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。即：Mn＋ne===M。

＋－3．金属的冶炼方法

(1)热分解法：适用于金属活动性顺序表中Hg及其以后的金属。

2HgO=====2Hg＋O2↑；2Ag2O=====4Ag＋O2↑。

(2)热还原法：适用于金属活动性顺序表中Zn、Cu之间的金属。

Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2；

WO3＋3H2=====W＋3H2O；

Cr2O3＋2Al=====Al2O3＋2Cr。

(3)电解法：适用于金属活动性顺序表中Al及其以前的金属。

2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑；

冰晶石2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑。

提醒

①电解熔融的NaCl和电解NaCl溶液的产物不同。

②工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。

【自主检测】

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)黄金的冶炼可用热分解法(

) 电解电解高温高温高温△△

(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质(

) (3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg(

) 答案

(1)×

(2)×

(3)×

2．利用CO冶炼铁的反应是置换反应吗？

答案

3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2，不是置换反应

二、金属矿物的开发利用

1．合理开发利用金属资源

金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。

2．有效利用金属资源的途径

(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量；

(2)加强金属资源的回收和再利用；

(3)使用其他材料代替金属材料。

【自主检测】

请你列举身边常见的金属制品的成分，并讨论它们被人类使用的历史。

(1)铜：使用历史悠久；

(2)铁：比铜的使用稍晚；

(3)铝：近代才开始广泛使用；

(4)镁合金、锂电池：现代才开始使用。

【重点难点】

一、金属冶炼的原理与方法

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。

＋－高温2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

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

3.常用的热还原法

电解法

K、Ca、Na、Mg、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Al Cu 强→弱

弱→强

热还原法

热分解法

物理方法

Hg、Ag Pt、Au

例1

下列金属冶炼原理错误的是(

) A．2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2=====Mg＋H2O 电解△

C．Fe3O4＋4CO=====3Fe＋4CO2

D．2HgO=====2Hg＋O2↑

解析

Na、Mg通常用电解法制取，Fe用还原剂法制取，Hg可用加热其化合物的方法制取。Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，B项错。

答案

B 二、铝热反应

1．铝热反应

(1)概念：铝和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。

(2)原理：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。

(3)铝热剂：铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。

(4)反应特点：

①在高温下进行。②反应迅速并放出大量的热。

③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。

(5)应用：冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；接钢轨等。

2．铝热反应实验

实验操作

实验现象

实验结论

例2

如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：

(1)该实验装置中还缺________。引发铝热反应的操作为__________________________________________________。

(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应________(填“能”或“不能”)发生，理由是___________。

(3)铝热反应的用途有哪些________________________________________________________。

解析

(1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。

(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。

答案

(1)镁条和氯酸钾

在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条

(2)不能

镁比铝活泼，铝不能置换镁

(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属(答案合理即可)

(1)镁条剧烈燃烧；(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热

焊高温△