資源簡介

第1課時　金屬礦物的開發(fā)利用
課后·訓(xùn)練提升
1.下列關(guān)于廢舊金屬的處理說法不正確的是(　　)。
A.對廢舊金屬的最好處理方法是回收、再利用
B.重金屬對人體有害,對廢舊重金屬材料的處理方法是填埋
C.廢舊鋼鐵可用于煉鋼,廢鐵屑可用于制鐵鹽
D.照相業(yè)、科研單位和醫(yī)院X光室回收的定影液中,可以提取金屬銀
答案B
解析重金屬材料填埋將會對環(huán)境造成污染。
2.鋁土礦的主要成分為氧化鋁、氧化鐵和二氧化硅,工業(yè)上經(jīng)過下列工藝可以冶煉金屬鋁,下列說法中錯誤的是(　　)。
鋁土礦abcdAl
A.①②中除加試劑外,還需要進(jìn)行過濾操作
B.a、b中鋁元素的化合價相同
C.③中需要通入過量的氨
D.④進(jìn)行的操作是加熱,而且d一定是氧化鋁
答案C
解析分析可知,①中加鹽酸,鋁土礦中的氧化鋁、氧化鐵反應(yīng)生成氯化鋁、氯化鐵,二氧化硅不反應(yīng),經(jīng)過濾得到濾液a,②中加入過量NaOH溶液,濾液a中的氯化鋁轉(zhuǎn)化為Na[Al(OH)4],氯化鐵轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀,經(jīng)過濾得到濾液b,因此①②中除加試劑外,均還需要進(jìn)行過濾操作,故A正確;a中存在氯化鋁,b中存在Na[Al(OH)4],a、b中鋁元素的化合價均為+3價,故B正確;③中通入足量二氧化碳時可使Na[Al(OH)4]轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁,不能通入過量的氨,故C錯誤;④中加熱氫氧化鋁可分解生成氧化鋁,故D正確。
3.以輝銅礦(Cu2S)為原料冶煉銅,其反應(yīng)原理可表示為Cu2S+O22Cu+SO2。下列說法不正確的是(　　)。
A.化合價發(fā)生變化的元素有3種
B.Cu2S在該反應(yīng)中既是氧化劑又是還原劑
C.1 mol O2參加上述反應(yīng)時,反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子總物質(zhì)的量為4 mol
D.SO2被分離、回收后氧化生成SO3,可作為制取硫酸的原料
答案C
解析分析反應(yīng)中化合價的變化:,反應(yīng)過程中Cu、S、O三種元素的化合價均發(fā)生改變,A項正確;Cu2S中Cu元素化合價降低,S元素化合價升高,因此Cu2S既是氧化劑又是還原劑,B項正確;根據(jù)S元素化合價的改變可知,當(dāng)1 mol O2參加反應(yīng)時,共轉(zhuǎn)移電子6 mol,C項錯誤;SO2催化氧化可得SO3,SO3被水吸收可得H2SO4,D項正確。
4.鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬,自遠(yuǎn)古時代人類就學(xué)會了煉鐵,到目前為止,人類研制出了很多煉鐵的方法。某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在實驗室中模擬工業(yè)煉鐵的過程,實驗裝置如下。
(1)寫出得到單質(zhì)鐵的化學(xué)方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)實驗過程中看到玻璃管內(nèi)的粉末由紅棕色逐漸變黑,請設(shè)計一個實驗來驗證生成了單質(zhì)鐵: 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)裝置末端氣球的作用:　　　　　　　　　　　　　　　　　。實驗結(jié)束時,應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO 原因是什么 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案(1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
(2)取少量粉末放入試管中,加足量鹽酸,若產(chǎn)生無色無味氣體,則證明生成了單質(zhì)鐵(答案合理即可)
(3)收集CO,防止污染空氣　先停止加熱,防止生成的鐵再次被氧化
解析(2)檢驗是否生成鐵單質(zhì),在反應(yīng)結(jié)束后,待玻璃管內(nèi)的固體冷卻,取少量放入試管中,加足量鹽酸,若產(chǎn)生無色無味氣體(H2),則證明生成了單質(zhì)鐵。(3)反應(yīng)結(jié)束后,得到的鐵還是熾熱的,若先停止通入CO,會導(dǎo)致鐵又被氧化,所以,應(yīng)該先停止加熱,待玻璃管內(nèi)的固體冷卻后,再停止通入CO。(共46張PPT)
第一節(jié)　自然資源的開發(fā)利用
目 標(biāo) 素 養(yǎng)
1.能基于金屬的化學(xué)活動性認(rèn)識金屬在自然界中的存在形式,了解金屬的常用冶煉方法。
2.了解鋁熱反應(yīng)原理及其重要應(yīng)用。
3.能說出海水水資源的重要用途,能基于物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化思想認(rèn)識從海水中提取氯化鈉、溴、鎂等以及從海帶中提取碘的基本原理和方法。
4.能基于煤、石油、天然氣的組成和用途了解其綜合利用的主要途徑和方法。
5.認(rèn)識化學(xué)在合理開發(fā)和使用自然資源和能源中的重要作用、可持續(xù)發(fā)展的意義。
知 識 概 覽
第1課時　金屬礦物的開發(fā)利用
一、金屬的冶煉
1.金屬在自然界中存在的形態(tài)。
金屬元素—
2.金屬冶煉的原理。
金屬冶煉的實質(zhì)是利用　氧化還原反應(yīng)　,使金屬礦物中的金屬陽離子　得到電子　生成金屬單質(zhì)的過程,即Mn++ne-══M。
3.冶煉方法。
微解讀以單質(zhì)形式存在于自然界中的鉑、金等金屬,通常使用直接富集的方法獲取,不需要冶煉。工業(yè)上制取活潑金屬鉀通常用金屬鈉和氯化鉀在高溫下反應(yīng)制取;獲取單質(zhì)銅也可采用鐵粉與硫酸銅溶液反應(yīng)的方法(濕法冶銅)。
微訓(xùn)練1下列金屬的冶煉方法中正確的是(　　)。
A.電解氯化鈉溶液冶煉金屬鈉
B.電解熔融的氯化鋁冶煉金屬鋁
C.將鐵粉與氧化鎂混合加熱冶煉鎂
D.用氫氣還原氧化鐵冶煉鐵
答案:D
解析:冶煉金屬鈉應(yīng)電解熔融的氯化鈉,而不是電解氯化鈉溶液;冶煉金屬鋁應(yīng)電解熔融的氧化鋁,而不是電解氯化鋁;鐵不能將氧化鎂中的鎂還原出來。
微訓(xùn)練2古代的“藥金”外觀與黃金相似,常被誤認(rèn)為是金子。其冶煉方法如下:將碳酸鋅、赤銅(Cu2O)、木炭混合加熱至800 ℃,得到金光閃閃的“藥金”。
(1)“藥金”的主要成分是　　　　　。
(2)有關(guān)冶煉的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　、
　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。
解析:由石灰石的熱穩(wěn)定性可知,高溫下碳酸鋅分解生成氧化鋅和CO2,木炭將Cu2O、ZnO還原為金屬銅和鋅,故“藥金”的主要成分是銅、鋅。
二、金屬礦物的開發(fā)利用
1.合理開發(fā)利用金屬資源。
金屬的冶煉需要消耗大量的資源和能源,還會造成環(huán)境污染,地球上的金屬資源是有限的,是不可再生的,因此金屬資源應(yīng)　合理開發(fā)和利用　。
2.有效利用金屬資源的途徑。
(1)提高金屬礦物的利用率。
(2)開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法。
(3)防止金屬的腐蝕。
(4)加強廢舊金屬的回收和再利用。
(5)使用其他材料代替金屬材料。
微訓(xùn)練3下列說法不正確的是(　　)。
A.每種金屬都有唯一對應(yīng)的冶煉方法
B.金屬活動性不同,冶煉方法也有所不同
C.地球上金屬礦物資源是有限的,因此應(yīng)提高金屬礦物的利用率
D.對廢舊金屬進(jìn)行回收和再利用,有利于保護環(huán)境
答案:A
解析:根據(jù)金屬活動性及工藝需要等,一種金屬可以有不同的冶煉方法,如冶煉銅可有濕法和火法兩種,還可通過電解法精煉,A項錯誤;金屬活動性不同,金屬陽離子被還原的難易程度就不同,則冶煉方法不同,B項正確;金屬資源是有限的,既要提高金屬礦物的利用率,又要回收利用廢舊金屬,C、D兩項正確。
問題探究
豎爐煉鐵也是一種重要的煉鐵方法,其工藝流程如圖所示。
(1)赤鐵礦在還原反應(yīng)室中發(fā)生了哪些反應(yīng)
(2)金屬冶煉的實質(zhì)是什么 人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動性有什么關(guān)系
提示:金屬冶煉的實質(zhì)是金屬化合物中的金屬陽離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)。金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活動性。金屬越活潑,冶煉時所需條件要求越高,在人類歷史上出現(xiàn)的相對晚一些。金屬越不活潑,冶煉的方法越簡單,人們使用的時間越早,所以有青銅、鐵器等時代的發(fā)展歷程。
(3)從自然界中獲得金屬單質(zhì),是否都必須發(fā)生氧化還原反應(yīng)
提示:否。有些金屬單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,如金、鉑等,在自然界中主要以游離態(tài)形式存在,獲得這些金屬就不需要發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
重難歸納
1.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系。
金屬的活動性順序 K、Ca、Na、
Mg、Al Zn、Fe、Sn、
Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au
金屬原子
失電子能力 強→弱
金屬離子
得電子能力 弱→強
主要冶煉方法 電解法 熱還原法 熱分解法 富集法
2.常用的熱還原法。
典例剖析
【例1】理論是實踐的基礎(chǔ),只有掌握理論知識才能更好地促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展。下列化工生產(chǎn)原理錯誤的是(　　)。
①可以通過電解熔融的氯化鈉來制取金屬鈉
②可以將金屬鈉加入飽和氯化鎂溶液中制取金屬鎂
③用電解法冶煉金屬鋁時,原料是氯化鋁
④高爐煉鐵時所發(fā)生的反應(yīng)都是放熱反應(yīng),故無須加熱
A.②③ B.①③
C.①② D.②③④
D
解析:通常用電解熔融NaCl的方法冶煉金屬鈉,①正確;金屬鈉非常活潑,將金屬鈉加入飽和MgCl2溶液中,金屬鈉先與H2O反應(yīng)生成NaOH和H2,Mg2+再與OH-反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀,②錯誤;AlCl3為共價化合物,熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電,故冶煉鋁使用的是Al2O3,③錯誤;高爐煉鐵時所發(fā)生的反應(yīng)有些是放熱反應(yīng),如Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,但仍需要高溫,④錯誤。
學(xué)以致用
1.下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是(　　)。
答案:C
解析:活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等可用電解法冶煉,中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等可用熱還原法冶煉,不活潑金屬Hg、Ag可利用熱分解法冶煉,故A、B、D正確;C項不屬于分解反應(yīng),錯誤。
2.冶煉金屬一般有下列四種方法:①焦炭法,②水煤氣(或氫氣或一氧化碳)法,③活潑金屬置換法,④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅,(Ⅱ)濕法煉銅,現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻,(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂。下列對它們的冶煉方法的分析不正確的是(　　)。
A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用②
C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④
答案:B
解析:選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活動性。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)發(fā)生的反應(yīng)分別是
(Ⅳ):先從光鹵石中提取MgCl2,再電解熔融MgCl2:
問題探究
當(dāng)鐵軌有縫隙時,維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃,讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫中,冷卻后就將鐵軌牢牢地黏結(jié)在一起,實現(xiàn)“無縫焊接”。
(1)請用化學(xué)方程式表示“無縫焊接”的原理。
提示:高溫條件下,鋁粉與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),化學(xué)方程式為Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe。
(2)鋁粉與其他金屬的氧化物也可發(fā)生類似的反應(yīng)。鋁粉與氧化鎂能否發(fā)生類似上述反應(yīng) 其他金屬的活動性與鋁的活動性應(yīng)有怎樣的強弱關(guān)系
提示:因活動性Mg>Al,故鋁粉不能與氧化鎂發(fā)生類似反應(yīng)。其他金屬的活動性應(yīng)比鋁的活動性弱。
(3)用鋁粉與P2O5能否發(fā)生類似上述反應(yīng)
提示:不能。只限于比鋁活動性弱的金屬的氧化物與鋁粉的反應(yīng)。
重難歸納
1.鋁熱反應(yīng)的原理。
定義 鋁與某些金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)
原理 鋁作還原劑,另一種金屬氧化物作氧化劑,用鋁將金屬氧化物中的金屬置換出來
鋁熱劑 鋁粉和某些金屬氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5、MnO2等)組成的混合物
反應(yīng)
特點 在高溫下進(jìn)行,反應(yīng)迅速并放出大量的熱,新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離
應(yīng)用 冶煉熔點較高的相對較不活潑的金屬(Cr、V、Mn等)、焊接鋼軌等
2.鋁熱反應(yīng)的實驗裝置。
典例剖析
【例2】利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌是利用(　　)。
A.鋁與氧氣反應(yīng)生成穩(wěn)定的保護層
B.鋁是熱的良導(dǎo)體
C.鋁是強還原劑,鋁熱反應(yīng)放熱
D.鋁合金強度大
答案:C
解析:鋁是強還原劑,鋁熱反應(yīng)放出大量的熱,可達(dá)到很高的溫度,生成了液態(tài)鐵,從而將鋼軌焊接在一起。
學(xué)以致用
3.如圖為鋁熱反應(yīng)的實驗裝置,請回答下列問題。
(1)該實驗中常在氧化鐵和鋁粉的混合物表面撒上少量KClO3,再插入燃著的鎂條以引發(fā)反應(yīng)。KClO3所起的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若將氧化鐵換成氧化鈣,該反應(yīng)　　　　(填“能”或“不能”)發(fā)生,理由是　 　　　　　　　　　　　　　。
(3)鋁熱反應(yīng)的用途有哪些 　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)作助燃劑,分解產(chǎn)生氧氣,促使鎂條快速燃燒
(2)不能　鈣比鋁活潑,鋁不能置換鈣
(3)用于焊接鋼軌;冶煉某些熔點高的金屬(答案合理即可)
解析:(1)利用鎂條燃燒放熱從而引發(fā)鋁熱反應(yīng),同時促使KClO3分解產(chǎn)生O2,使鎂條快速燃燒。
(2)Ca比Al活潑,Al不能從CaO中置換出Ca。
1.下列關(guān)于金屬冶煉的說法正確的是(　　)。
A.工業(yè)上常用電解NaOH水溶液制取金屬鈉
B.工業(yè)上常用電解熔融MgO制取金屬鎂
C.工業(yè)上常用CO高溫條件下還原Fe2O3制取Fe
D.工業(yè)上常用金屬鈉與TiCl4溶液反應(yīng)制取金屬Ti
答案:C
解析:工業(yè)上常用電解熔融狀態(tài)的氯化鈉制取金屬鈉,A項錯誤;MgO熔點較高,不適宜通過電解熔融MgO制備鎂,工業(yè)上常采用電解熔融MgCl2制備金屬鎂,其電解方程式為MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑,B項錯誤;工業(yè)上在高溫下用CO還原含F(xiàn)e2O3的鐵礦石煉鐵,C項正確;鈉與溶液中的水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣,因此不能用鈉與TiCl4溶液反應(yīng)制取金屬Ti,工業(yè)上利用鈉的強還原性,采用鈉與熔融的TiCl4反應(yīng)的方法制取金屬Ti,D項錯誤。
2.工業(yè)煉鐵是在高爐中進(jìn)行的,高爐煉鐵的主要反應(yīng)是:
該煉鐵工藝中,焦炭的實際使用量要高于按照化學(xué)方程式計算所需,其主要原因是(　　)。
A.CO過量 B.CO與鐵礦石接觸不充分
C.煉鐵高爐的高度不夠 D.CO與Fe2O3的反應(yīng)有一定限度
答案:D
解析:高爐煉鐵的反應(yīng)Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2為可逆反應(yīng),所以對焦炭的實際使用量要高于按化學(xué)方程式計算所需。
3.在冶金工業(yè)上,均能用熱還原法制得的一組金屬是(　　)。
A.Na、Mg、Al B.Na、Zn、Fe
C.Zn、Fe、Cu D.Mg、Al、Zn、Fe
答案:C
解析:Na、Mg、Al的冶煉方法為電解法;Zn、Fe、Cu的冶煉方法為熱還原法。
4.下列反應(yīng)原理不符合工業(yè)冶煉金屬實際情況的是(　　)。
答案:C
解析:銀的活潑性差,用加熱分解氧化銀的方法冶煉銀,A項不符合題意;工業(yè)上電解熔融氧化鋁冶煉金屬鋁,B項不符合題意;工業(yè)上冶煉鎂可采用電解法,其原料應(yīng)選用MgCl2而不是MgO,因為MgO的熔點比MgCl2的高,會消耗大量電能,成本較高,C項符合題意;該反應(yīng)中Fe3O4被CO還原,屬于熱還原法,鐵性質(zhì)比較活潑,工業(yè)上常采用熱還原法制取,D項不符合題意。
5.研究發(fā)現(xiàn)用鋁熱法可從下列氧化物中冶煉出有關(guān)金屬,若要制得等物質(zhì)的量的有關(guān)金屬單質(zhì),需要消耗單質(zhì)鋁最多的是(　　)。
A.MnO2 B.V2O5 C.Cr2O3 D.WO3
答案:D
解析:設(shè)得到的金屬單質(zhì)的物質(zhì)的量均為1 mol,A項MnO2→Mn,化合價由+4價變?yōu)?價,化合價降低4價,生成1 mol金屬錳需要得到4 mol電子;B項V2O5→V,化合價從+5價變?yōu)?價,化合價降低5價,生成1 mol V需要得到5 mol電子;C項Cr2O3→Cr,化合價由+3價變?yōu)?價,化合價降低3價,生成1 mol Cr需要得到3 mol電子;D項WO3→W,化合價從+6價變?yōu)?價,化合價降低6價,生成1 mol W需要得到6 mol電子;每消耗1 mol鋁能夠提供3 mol電子,根據(jù)電子守恒,得到以上1 mol各金屬單質(zhì),消耗單質(zhì)鋁最多的為WO3。
6.(1)Al與Fe3O4發(fā)生鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式為 　 ,
該反應(yīng)中氧化劑是　　　　,還原劑是　　　　。
(2)工業(yè)上電解冶煉鋁的化學(xué)方程式為 　 。
若電路中通過1 mol電子,可以得到Al 　　　　g。

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