第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源第1課時金屬礦物的開發(fā)利用學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)建構(gòu)1.了解金屬在自然界中的存在形式。2．掌握金屬的冶煉方法。3．掌握鋁熱反應(yīng)原理及實驗。4．了解金屬回收和資源保護(hù)的意義，認(rèn)識和體會化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用。[知識梳理]一、金屬的冶煉1．金屬在自然界中存在的形態(tài) 除了___、___等極少數(shù)金屬以外，絕大多數(shù)金屬以______的形式存在于自然界。在這些金屬化合物中，金屬元素都顯___化合價。2．金屬冶煉的原理 金屬冶煉的實質(zhì)是根據(jù)_______________，使金屬礦物中的金屬陽離子__________生成金屬單質(zhì)的過程：Mn＋＋ne－===M。金鉑化合物正氧化還原反應(yīng)得到電子3．冶煉方法【自主思考】

工業(yè)上利用電解熔融MgCl2來制取Mg，而MgO比MgCl2更易獲得，為什么不電解熔融MgO制取鎂呢？ (MgO的熔點：2852℃，MgCl2的熔點：714℃)

提示由于MgO的熔點遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2的熔點，將MgO熔融需要能量較多，所以采用電解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶煉金屬也要考慮節(jié)能減排。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)________________。2．有效利用金屬資源的途徑 (1)提高金屬的利用率，減少金屬的使用量。 (2)加強金屬資源的回收和再利用。 (3)使用其他材料代替金屬材料。合理地開發(fā)利用[效果自測]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。 (1)黃金的冶煉可用熱分解法(

) (2)金屬陽離子被還原，一定會得到金屬單質(zhì)(

) (3)工業(yè)上電解MgCl2溶液制取Mg(

)

答案

(1)×

(2)×

(3)×2．冶煉金屬常用以下幾種方法： ①以C、CO或H2作還原劑還原。 ②用較活潑金屬Na、Mg等還原。 ③利用鋁熱反應(yīng)原理用Al還原。 ④電解法。 ⑤熱分解法。下列金屬各采用哪種方法還原最佳？(填序號)(1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬________。(2)Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬________。(3)Hg、Ag等不活潑金屬________。(4)V、Cr、Mn、W等高熔點金屬________。答案

(1)①

(2)④

(3)⑤

(4)③探究一、金屬的活潑性與冶煉方法【合作交流】1．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)和金屬的活潑性。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。2．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)，用富集的方法就可以，如淘金。3．在金屬中，鋁元素在地殼中的含量居第一位，為什么鋁的發(fā)現(xiàn)和使用比銅和鐵要晚得多？

提示金屬的發(fā)現(xiàn)和使用與金屬的活動性密切相關(guān)，金屬活動性越強，其相應(yīng)的金屬陽離子得電子的能力越弱，冶煉難度越大。鋁是一種活動性較強的金屬，用一般的還原劑很難將其還原，工業(yè)上采用最強有力的氧化還原手段——電解法進(jìn)行冶煉，而銅和鐵用一般的還原劑就可以達(dá)到目的，所以鋁的發(fā)現(xiàn)和使用比銅和鐵要晚得多?！军c撥提升】1．金屬的冶煉原理 金屬冶煉的實質(zhì)是使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)的過程，即：Mn＋＋ne－===M。2．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、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、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物理方法3.常用的熱還原法【典題例證1】下列金屬冶煉原理錯誤的是(

)解析

Na、Mg通常用電解法制取，F(xiàn)e用還原劑法制取，Hg可用加熱其化合物的方法制取。Mg的活動性比H2強，H2不能置換出Mg，B項錯。答案

B【學(xué)以致用1】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，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)分別是答案

B探究二、鋁熱反應(yīng)【合作交流】1．鋁熱反應(yīng)實驗中鎂條與氯酸鉀的作用是什么？

提示鎂條的作用是燃燒放出大量的熱引發(fā)KClO3分解，氯酸鉀的作用是供氧劑。2．為什么要在承接反應(yīng)物的蒸發(fā)皿中墊有細(xì)沙？

提示因為鋁熱反應(yīng)是一個典型的放熱反應(yīng)，反應(yīng)中放出的大量熱能夠使鐵熔化，為了防止蒸發(fā)皿炸裂及熔融的金屬濺出傷人，所以要墊細(xì)沙。3．鋁熱反應(yīng)在工業(yè)上有哪些重要應(yīng)用？

提示

(1)冶煉熔點高的金屬，如釩、鉻、錳等；(2)在野外焊接鋼軌?！军c撥提升】1．鋁熱反應(yīng)概念鋁和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Al作還原劑，另一種氧化物作氧化劑，用鋁將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)用冶煉難熔的相對較不活潑的金屬，如V、Cr、Mn等；焊接鋼軌等2.鋁熱反應(yīng)實驗實驗操作實驗現(xiàn)象(1)鎂條劇烈燃燒；(2)氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng)；(3)反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的白光；(4)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中實驗結(jié)論在高溫下，鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱注意事項(1)鎂條要打磨凈表面的氧化膜，否則難以點燃(2)氧化鐵粉末要干燥，鋁粉要沒有被氧化，否則難以反應(yīng)(3)要保證紙漏斗重疊時四周均為四層，且內(nèi)層紙漏斗一定要用水潤濕，以防高溫物質(zhì)從四周濺出(4)蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量，既要防止蒸發(fā)皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人(5)實驗裝置要與人有一定距離，防止人被燒傷【典題例證2】如右圖所示，用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5g炒干的氧化鐵粉末加2g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點燃鎂條。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實驗信息，回答下列問題。(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________________________________________________；在該反應(yīng)中，______________(填化學(xué)式，下同)是氧化劑，________是還原劑，該反應(yīng)稱為________反應(yīng)。(2)選出該實驗的實驗現(xiàn)象：________(填寫在橫線上)。①鎂條劇烈燃燒；②放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒，火星四射；③紙漏斗的下部被燒穿；④有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。(3)寫出下列操作或物質(zhì)的作用：內(nèi)層紙漏斗底部剪一個孔：____________________________________________________；蒸發(fā)皿盛沙：________________________________________；鎂條：______________________________________________；氯酸鉀：____________________________________________。(4)如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵？(2)①②③④均為鋁熱反應(yīng)的現(xiàn)象。(3)鋁熱反應(yīng)實驗中為使熔融物易落下，通常在內(nèi)層紙漏斗底部剪一個孔；為防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿，蒸發(fā)皿內(nèi)盛沙子；反應(yīng)中鎂條提供熱量使氯酸鉀分解；氯酸鉀分解引發(fā)鋁熱反應(yīng)。【學(xué)以致用2】如圖為鋁熱反應(yīng)的實驗裝置，請回答下列問題： (1)該實驗裝置中還缺________。引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作為 ______________________________。 (2)若將氧化鐵換成氧化鎂，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？_