1、高中化学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课时学案新人教必修2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定位1.知道金属在自然界中的存在形态，金属冶炼的一般方法和原理，会写相关反应的化学方程式。2.掌握铝热反应的原理和实验。3.了解金属回收的意义，树立环保意识。一、金属的冶炼1.金属元素在自然界中的存在形式少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金和铂以及少量的银和铜。化学性质比较活泼的金属，在自然界中总是以化合态存在。这显然和金属的活动性紧密相关。2.金属冶炼的原理和实质金属冶炼的原理：利用氧化还原反应的原理，在一定条件下
2、，用还原剂或者加热、电解的方法把金属化合物还原为金属单质。金属冶炼的实质：金属离子金属单质，即MnneM。3.不同金属适用的冶炼方法(1)热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位置靠后的不活泼的金属；像汞、银等不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。请你写出冶炼汞、银反应的化学方程式：2HgO2HgO2、2Ag2O4AgO2。(2)电解法：位于金属活动性顺序表中氢前面的钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属单质都很容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，因此用一般的方
3、法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。请你写出冶炼铝、钠反应的化学方程式：2Al2O3(熔融)4Al3O2、2NaCl(熔融)2NaCl2。(3)热还原法适用于冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如铝)等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。请你写出冶炼铁、钨、铅、铬反应的化学方程式：Fe2O33CO2Fe3CO2、WO33H2W3H2O、2PbOC2PbCO2、Cr2O32Al2CrAl2O3。4.回收废旧金属(1)回收金属的意义：节约矿物资源、节约能源、减少环境污染。(2)废旧金属的最好的处理方法
4、是回收利用。(3)回收金属的实例：废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银。金属的活泼性与冶炼方法的关系金属单质还原性、失电子能力依次减弱金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强1.冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法水煤气(或氢气，或一氧化碳)法活泼金属置换法电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有()火烧孔雀石炼铜；()湿法炼铜；现代有()铝热法炼铬；()从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A.()用 B.()用C.()用 D.()用答案B解析选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。()、()
5、、()、()发生的反应分别是()：Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O，C2CuO2CuCO2，符合；()：FeCuSO4=FeSO4Cu，符合；()：2AlCr2O3Al2O32Cr，符合；()：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)MgCl2，符合。2.工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是()A.金属在自然界的存在形式B.金属元素在地壳中的含量C.金属熔点高低D.金属阳离子得电子的能力答案D解析冶炼金属选择方法是根据金属的活动性，金属冶炼是金属阳离子得电子的过程，即金属冶炼方法与金属阳离子得电子能力有关。二、铝热反应如下
6、图所示，把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。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，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，用燃着的小木条点燃镁条。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：_，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：_(填写在横线上)。镁条剧烈燃烧；放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；纸漏斗的下部被烧穿；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
7、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：_。(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？答案(1)2AlFe2O32FeAl2O3Fe2O3Al铝热(2)(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿引燃剂，引起氯酸钾分解助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应(4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物叫铝热剂，在高温下发生铝热反应，可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属(如V、Cr、Mn等)、焊接钢轨等。3.铝能用于冶炼难熔的金属(如
8、Cr、V、Mn等)，这不是因为()A.铝具有还原性B.铝具有导电性C.铝较Cr、V、Mn等价格便宜D.冶炼反应放出大量的热答案B4.用铝热法还原下列化合物，制得金属各1 mol时，消耗铝最少的是()A.MnO2 B.WO3C.Co3O4 D.CrO3答案C解析根据得失电子守恒有如下关系：，所以C消耗铝最少。 1.分别用氢气和金属作还原剂冶炼金属，所得金属纯度的说法正确的是()A.用氢气的纯度高 B.用金属的纯度高C.二者相同 D.无法比较答案A解析过量的H2不会残留在被还原的金属中，所以用H2还原得到的金属纯度高。2.氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是()A.电解熔融氯化钠制
9、取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化B.湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应C.用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol eD.铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化答案C解析C项，应转移8 mol e。3.下列冶炼方法中，不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是()A.加热Al2O3 B.加热HgOC.电解熔融NaCl D.铝粉和Fe2O3共热答案A解析金属钠是活泼金属，用电解法制取；汞用加热HgO制取；加热Al2O3难以分解；铝粉和Fe2O3组成铝热剂，可将Fe2O3中的铁还原为单质。4.要使3.2 g氧化铁完全还原，事先应准备
10、的CO在标准状况下的体积为()A.1 344 mL B.672 mLC.大于1 344 mL D.小于672 mL答案C解析根据Fe2O33CO2Fe3CO2计算出所需CO体积的理论值为1 344 mL，而实验开始时，需先通入CO排尽玻璃管中的空气，实验结束时，停止加热后，还需继续通入CO至试管冷却，以防还原出来的铁被氧化，另外，还应考虑到通入的CO不可能全部参加反应，故应大于1 344 mL。5.(1)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是_。A.2HgO2HgO2B.Fe3O44CO3Fe4CO2C.2MgO2MgO2D.2Ag2O4AgO2(2)简要说明不符合工业实际的原因：_。 答
11、案(1)C(2)MgO熔点高，电解耗能大，实际工业生产中采用电解熔融态的MgCl2冶炼镁解析C项中MgO的熔点很高，因而电解熔融态的MgO需要消耗很多的能量。现实工业生产中冶炼镁用电解熔融态的MgCl2。基础过关题组一金属的性质及应用1.我国古代炼丹家魏伯阳所著周易参同契是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下()A.活泼 B.稳定C.易氧化 D.易还原答案B解析金的性质稳定，在强热条件下也不反应。2.下列说法错误的是()A.对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B.提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C.活泼金属的冶炼
12、都是通过电解其盐溶液D.热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等答案C解析活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。3.除去Cu粉中的Al粉，下列方法不可取的是()A.加入稀H2SO4，过滤B.加入NaCl溶液，过滤C.加入NaOH溶液，过滤D.加入CuSO4溶液，过滤答案B解析A、C、D项均可溶解Al使其进入溶液，从而与Cu分离，故选B项。4.下列物质投入溶液中，溶液质量减轻的是()A.CaCO3投入到HCl溶液中B.Na2CO3投入稀硫酸中C.Fe粉投入CuSO4溶液中D.Fe粉投入稀HCl溶
13、液中答案C解析A、B项相当于把CaO、Na2O分别投入到酸溶液中，故其溶液质量增加；C项Fe元素进入溶液、Cu以单质形式析出，Fe(56)相对原子质量小于Cu(64)，故C项符合题意；D项Fe元素进入溶液(HCl)，H以单质形式析出，故D项溶液质量增加。5.有0.4 g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。这种铁的氧化物的化学式是()A.FeO B.Fe2O3C.Fe3O4 D.FeO和Fe2O3答案B解析CO和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个O原子对应一个CO2分子，每一个CO2分子对应一个CaCO3，所以有下列的关系式，假设
14、0.4 g该氧化物中含x g O。OCO2CaCO316 100x g 0.75 g解得x0.12N(Fe)N(O)23。题组二金属的冶炼方法6.金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如下：KNaKClNaCl熔点/63.6597.8770801沸点/774882.91 500(升华)1 431根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是()A.97.8770 B.770774 C.774882.9 D.1 4131 500 答案C解析在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面
15、，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na、K、Cl和e自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用Na还原K的，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。7.下列金属冶炼原理错误的是()A.2NaCl(熔融)2NaCl2B.MgOH2MgH2OC.Fe3O44CO3Fe4CO2D.2HgO2HgO2答案B解析Na、Mg通常用电解法制取，Fe用还原法制取，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。8.热还原法冶炼金属的反应一定是()A.氧化还原反应
16、B.置换反应C.复分解反应 D.分解反应答案A解析热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3COFe2O32Fe3CO2，但一定是氧化还原反应。9.铝的活泼性较强，直到十八世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝价格十分昂贵，拿破仑的头盔就是用铝制作的，现在还保存在大英博物馆中，下列冶炼铝的方法正确的是()A.Al2O3(熔融)AlB.Al2O3AlCl3(熔融)AlC.Al(OH)3AlD.Al2O3Al答案A解析H2、CO、C等皆不能将Al2O3或Al(OH)3还原为Al，C、D不正确。AlCl3是分子晶体，熔融后不导电，B不正确。10.
17、以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2SO22CuSO2。下列说法不正确的是()A.化合价发生变化的元素有3种B.Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂C.1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4 molD.SO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料答案C解析分析反应中化合价的变化：2222，反应过程中Cu、S、O三种元素的化合价均发生改变；Cu2S中Cu元素化合价降低，S元素化合价升高，因此Cu2S既是氧化剂又是还原剂；根据S元素化合价的改变可知，当1 mol O2参加反应时，共转移电子6 mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得
18、H2SO4。能力提升11.钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用以冶炼钛，主要有以下五个反应：FeTiO32H2SO4=TiOSO4FeSO42H2OTiOSO42H2O=H2TiO3H2SO4H2TiO3TiO2H2OTiO22C2Cl2TiCl42COTiCl42Mg2MgCl2Ti(1)针对以上五个反应，下列叙述错误的是_。A.反应是非氧化还原反应B.反应生成了两种酸C.反应中的TiO2是氧化剂D.反应表现了金属镁比金属钛的还原性强(2)钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析正确的是_。A.钛是像金、铂一样的不活泼
19、金属B.金属钛的表面易形成致密的氧化膜C.钛与氧气、酸等腐蚀剂不反应D.钛有很高的强度答案(1)C(2)B解析(1)在反应中没有化合价的变化；反应中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂；反应，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。(2)题目中一开始就指出：钛是一种活泼的金属，但是钛耐腐蚀性强，联系金属铝的性质，铝表面易形成致密的保护膜，阻止反应继续进行，以此类推钛，很容易选择B。12.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，实验装置如下：(1)写出得到单质铁的化学方程式：
20、_。(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并说明原因_。答案(1)Fe2O33CO2Fe3CO2(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)收集未反应的CO，防止污染空气先停止加热，防止生成的铁再次被氧化解析检验是否生成单质，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(H2)，则证明生成了单质铁；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
21、璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。13.在某次探究性学习中，老师要求同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜，并用所制得的铜进行一系列的探究性实验。甲、乙两位同学分别设计了如下两个制铜实验方案。甲：CuO溶于适量稀硫酸中；在的溶液中加入稍过量的铁，充分反应后，过滤、烘干，即得纯净的铜。乙：铁与稀硫酸反应得氢气；用氢气还原氧化铜，充分反应后即得纯净的铜。(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同，请判断他们所制得铜的质量大小关系_(填字母)。A.相同 B.甲多C.乙多 D.以上三种情况均有可能(2)丙同学认为上述两种方案都难以保证所制的铜的纯度，应对上述两种方案加以完善。甲同学的方
22、案不完善的原因：_，完善乙同学的方案的一种方法是将所得的铜粉放入烧杯中，加入_，不断搅拌，然后_即得到纯净的铜。答案(1)B(2)产物中可能混有铁并且没有洗涤过量稀硫酸过滤、洗涤，烘干解析(1)在用氢气还原氧化铜的反应中，应先通入H2，赶走空气，然后才能加热，并且反应结束后应先撤去酒精灯，再停止通入H2，因此所制得的H2并没有全部参与CuO的还原，故生成的铜少。(2)甲方案中铁过量，并且过滤后没有洗涤，产物中混有铁粉也可能混有FeSO4。而乙方案中可能混有CuO，应加入稀硫酸除去CuO。14.钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料
23、是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。用含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：(1)步骤加Fe的目的是_；步骤冷却的目的是_。(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是_；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入_处理。(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为反应TiCl42Mg=2MgCl2Ti在Ar气氛中进行的理由是_。答案(1)将Fe3还原为Fe2析出绿矾(FeSO47H2O)(2)绿矾(FeSO47H2O)生石灰(或碳酸钙、废碱)(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应解析(1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将3价Fe转化为2价Fe，降温减小FeSO47H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。(2)水浸后发生的离子反应为TiO22H2O=H2TiO32H，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。(3)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。
