学年高中化学第四章化学与自然资源的开发利用411金属矿物的开发利用学案.docx
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学年高中化学第四章化学与自然资源的开发利用411金属矿物的开发利用学案
第1课时 金属矿物的开发利用
学习目标
1、了解金属在自然界的存在形态，体会保护金属资源的重要性。
2、以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用。
3、知道金属冶炼的原理，了解金属冶炼的方法以及步骤，会根据金属活动性的不同，选择不同的冶炼方法，并能写出相关的化学方程式
4、了解铝热反应及其应用。
新知预习
1、除了等极少数金属以游离态形式存在外，绝大多数金属元素
以的形式存在于自然界中。
2、在金属化合物中，金属元素都显。
3、地壳中含量最高的金属元素是，其次是。
人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要冶炼金属。
知识点一：
金属的冶炼
1、金属的冶炼原理
金属冶炼是利用_____反应的原理，在一定条件下，把金属矿物中的金属离子_成金属单质，即：
（化合态）
（游离态）。
2、金属冶炼的一般步骤：
（1）除杂：
提高矿石中有用成分的含量。
（2）冶炼：
利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属从其矿石中还原出来，得到金属单质（粗）。
（3）精炼：
采用一定的方法，提炼纯金属。
3、金属冶炼的方法
①热分解法
在金属活动顺序中，位于汞以后的不活泼金属可以直接用的方法从其化合物中还原出来。
例如：
氧化汞分解：
氧化银分解：
②热还原法
对于金属活动顺序表中Zn-Cu段的金属的冶炼可以通过来完成，常用的还原剂有、、等。
例如：
氧化铁和一氧化碳反应：
氧化铜和氢气反应：
对于一些高熔点的金属如铁、铬、锰、钨等可以用冶炼。
③电解法
对于金属活动顺序表中Zn前面非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们还原出来，工业上常用冶炼，例如：
电解熔融的氯化镁：
电解熔融的氯化钠：
电解熔融的氧化铝：
④其它方法：
湿法炼铜：
火法炼铜：
【归纳总结】金属冶炼方法与金属活泼性的关系：
在金属活泼性顺序表中，金属的位置越靠后，其阳离子越被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；
金属的位置越靠前，其阳离子越被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段来还原（电解法）。
金属活动性顺序
KCaNaMgAl
ZnFeSnPb（H）Cu
HgAg
PtAu
原子失电子能力
离子得电子能力
主要冶炼方法
物理法
知识点二：
铝热反应
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
铝热剂
铝粉和某些金属氧化物（Fe3O4Cr2O3V2O5等）组成的混合物
原理
方程式
a
教材
实验
b
d
c
现象
应用
焊接钢轨；冶炼高熔点的金属如铁、铬、锰、钨等
【思考与交流】①教材铝热反应实验中，为什么要在铝与氧化铁混合粉末的上面加少量的氯酸钾固体？
中间插一根用砂纸打磨过的镁条有什么作用？
②已知有关物质的熔沸点数据如下表:
物质
MgO
Al2O3
MgCl2
AlCl3
熔点/oC
2852
2054
714
190（以分子形式存在）
沸点/oC
3600
2980
1412
180
参考上述数据回答：
（1）工业上为什么常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,而不用电解MgO的方法生产镁?
（2）工业上为什么常用电解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生产金属铝，而不用电解AlCl3的方法生产铝？
知识点四：
金属资源的有效利用
1、提高金属矿物的；
2、减少金属的，用其它材料代替金属材料；
3、加强金属资源的。
1．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。
2．下列说法错误的是（ ）
A．有些活泼金属（如铝）可用作热还原法的还原剂
B．加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜
C．金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子
D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物
答案 B
解析 A项，铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3
2Fe＋Al2O3，正确；B项，制备单质Cu用热还原法，错误；C项，金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属原子，正确；D项，将旧金属回收，重新利用，变废为宝，正确。
3．下列说法中正确的是（ ）
A．金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C．金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化
D．金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大
答案 A
解析 A项，金属冶炼是将金属化合物转化为金属单质，正确；B项，冶炼金属并不一定要加入还原剂，如电解法制取钠和镁，错误；C项，金属由化合态变为游离态，都是由高价态降低到0价，故一定被还原，错误；D项，金属被发现的早晚与其在地壳中的含量无关，如在地壳中铝的含量虽然最大，但被发现的时间却比铁、铜晚得多，错误。
4．铝能用于冶炼难熔的金属（如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 B
5．
（1）下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是________（填字母）。
A．2HgO
2Hg＋O2↑
B．Fe3O4＋4CO
3Fe＋4CO2
C．2MgO
2Mg＋O2↑
D．2Ag2O
4Ag＋O2↑
（2）简要说明不符合工业实际的原因：
________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（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
[对点训练]
题组一 金属的存在与冶炼原理
1．下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是（ ）
A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝
B．铝在自然界中主要存在于铝土矿（主要成分是氧化铝）中
C．铁主要存在于铁矿石（磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等）中
D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
考点 金属的存在与冶炼原理
题点 金属元素在自然界中的存在
答案 A
解析 地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。
金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝、铁等在自然界中以化合态存在，汞、金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。
2．下列说法中，正确的是（ ）
A．金属的冶炼是把金属单质从其矿物中分离出来
B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化
C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原
D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原
考点 金属的存在与冶炼原理
题点 金属的冶炼原理
答案 C
解析 金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质。
在金属的冶炼过程中，被冶炼的金属只能得到电子被还原。
3．（2017·河北邢台一中高一下月考）下列金属冶炼的反应原理，不正确的是（ ）
A．2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2
Mg＋H2O
C．Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
D．2Ag2O
4Ag＋O2↑
考点 金属的存在与冶炼原理
题点 金属的冶炼原理
答案 B
解析 由于Na的金属性很强，Na＋不容易获得电子，因此只能用电解熔融NaCl的方法制取金属Na：
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑，A正确；Mg的金属性很强，用一般的还原剂不能把Mg从化合物中还原出来，因此用电解熔融MgCl2的方法制取金属Mg，B错误；Fe是比较活泼的金属，在高温条件下用还原剂将Fe从其化合物中还原出来：
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2，C正确；Ag是不活泼金属，可以用热分解法制得金属Ag：
2Ag2O
4Ag＋O2↑，D正确。
题组二 金属的冶炼方法
4．下列金属的冶炼方法中正确的是（ ）
A．电解氯化钠溶液冶炼金属钠
B．电解熔融的氯化铝冶炼金属铝
C．将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁
D．用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁
考点 金属的冶炼方法
题点 金属冶炼方法的选择
答案 D
解析 冶炼金属钠应电解熔融的氯化钠，而不是氯化钠溶液；冶炼金属铝应电解熔融的三氧化二铝，而不是氯化铝；铁不能将氧化镁中的镁还原出来。
5．金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。
已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是（ ）
A．电解法B．热还原法
C．热分解法D．铝热法
考点 金属的冶炼方法
题点 典型金属的冶炼方法
答案 A
解析 金属的冶炼方法与金属活动性顺序的关系：
金属锂的活动性介于钠与镁之间，应采用电解法冶炼金属锂。
6．金属矿物通常色彩缤纷、形状各异。
下列冶炼金属的方法属于热还原法的是（ ）
A．2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
B．WO3＋3H2
W＋3H2O
C．Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4
D．2Ag2O
4Ag＋O2↑
考点 金属的冶炼方法
题点 常见金属冶炼方法的识别
答案 B
解析 钠性质活泼，用电解法制取；钨性质较不活泼，用热还原法制取；Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为湿法炼铜的反应原理，不属于热还原法；银性质不活泼，可用热分解法制取。
题组三 金属冶炼的综合与应用
7．热还原法冶炼金属的反应一定是（ ）
A．氧化还原反应B．置换反应
C．复分解反应D．分解反应
考点 金属冶炼的综合与应用
题点 金属冶炼的相关综合
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3CO＋Fe2O3
2Fe＋3CO2，但一定是氧化还原反应。
8．（2017·成都七中期末考试）我国古代“药金”的冶炼方法是将炉甘石（ZnCO3）和赤铜矿（Cu2O）与木炭按一定的比例混合后加热至800℃，这种方法可炼出有金子般光泽的“药金”。
下列叙述正确的是（ ）
A．“药金”实质上是铜锌合金
B．冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌
C．用王水可区别黄金和“药金”
D．用灼烧法不能区别黄金和“药金”
考点 金属冶炼的综合与应用
题点 金属冶炼的相关综合
答案 A
解析 冶炼“药金”的相关反应方程式为ZnCO3
ZnO＋CO2↑，2ZnO＋C
2Zn＋CO2↑，2Cu2O＋C
4Cu＋CO2↑，故A项正确，B项错误；王水可以溶解黄金和“药金”，故C项错误；用灼烧法可以区别黄金和“药金”，因为高温下黄金与氧气不反应，而“药金”可以与氧气反应，故灼烧后的“药金”颜色有变化，D项错误。
9．以辉铜矿（Cu2S）为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2S＋O2
2Cu＋SO2。
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．1molO2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4mol
D．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料
考点 金属冶炼的综合与应用
题点 金属冶炼的相关综合
答案 C
解析 分析反应中化合价的变化：
2
＋
2
2
＋
2，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1molO2参加反应时，共转移电子6mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。
10．下列说法不正确的是（ ）
A．自然界中不存在游离态的金属
B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同
C．地球上金属矿物资源有限，因此应提高金属矿物的利用率
D．废旧金属的回收利用有利于环境保护
考点 金属冶炼的综合与应用
题点 废旧金属的回收利用
答案 A
解析 自然界中存在游离态的金属，如金、铂等。
题组四 铝热反应
11．关于铝热反应，下列说法不正确的是（ ）
A．铝热反应是吸热反应
B．铝热剂是混合物
C．铝热反应为氧化还原反应
D．铝热反应需在高温条件下进行
考点 铝热反应
题点 铝热反应及其应用
答案 A
解析 铝热反应是放热反应，选项A错误。
12．能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为（ ）
A．铝的密度小，熔点较低
B．铝在空气中燃烧放出大量的热
C．铝在金属活动性顺序表中排在较前面
D．铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热
考点 铝热反应
题点 铝热反应及其应用
答案 D
解析 利用铝来冶炼难熔的金属是利用铝热反应来进行的。
在铝热反应中，铝表现出还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应能放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。
[综合强化]
13．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）写出铝热反应的两个用途__________________________________________。
考点 铝热反应
题点 铝热反应的实验
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
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）根据金属活动性顺序表，Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
14．孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu（OH）2，某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下：
①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；
②将反应后的混合物过滤；
③向滤液中加入一种金属粉末。
根据上述实验方案，试回答：
（1）第①步反应中的现象为_______________________________________________。
（2）第③步加入的金属粉末是__________，理由是____________________________
________________________________________________________________________。
（3）若向滤液中加入过量生石灰后，过滤，将沉淀加热灼烧后再通入________________气体，可制得较纯净的铜。
考点 金属冶炼的综合与应用
题点 金属冶炼的相关综合
答案
（1）固体溶解，有无色气体生成，溶液变成蓝色
（2）Fe 铁的活泼性比铜强，可从溶液中置换出铜
（3）氢气
解析 孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，当加入过量稀硫酸时发生反应，固体逐渐溶解，产生二氧化碳气体、水和硫酸铜；为冶炼金属铜，可加入过量的铁粉，把铜从硫酸铜溶液中置换出来；若向滤液中加入过量生石灰后生成氢氧化铜，过滤，将沉淀氢氧化铜加热灼烧后生成氧化铜，通入氢气生成铜和水。
15．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的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。
用含Fe2O3的钛铁矿（主要成分为FeTiO3）制备TiO2流程如下：
（1）步骤①加Fe的目的是________________________________________________；
步骤②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TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_____________________。
考点 金属冶炼的综合与应用
题点 金属冶炼的相关综合
答案
（1）将Fe3＋还原为Fe2＋ 析出绿矾（FeSO4·7H2O）
（2）绿矾（FeSO4·7H2O） 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FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。
（2）水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，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。
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