(新课标)2019_2020学年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一课
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1 第一课时 金属矿物的开发利用
学习目标 核心素养
1.知道金属在自然界中的存在形态。
2．熟知金属冶炼的方法及其原理。
3．掌握铝热反应的原理和实验。 1.变化观念：认识金属冶炼的原理、方法和理解金属冶炼遵循的一般规律。
2．社会责任：认识金属回收的意义，树立环保意识。
一、金属的冶炼
1．金属在自然界中的存在形态
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(写出反应的化学方程式)
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4.金属矿物资源的开发和利用
(1)原因
①地球上金属矿物资源有限；
②金属冶炼消耗很多能量；
③金属冶炼造成环境污染。
(2)措施
①提高金属矿物的利用率；
②使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；
③加强金属资源的回收和再利用。
二、铝热反应
1．实验探究 3
2.铝热反应
4 1．正误判断
(1)在自然界中金属都以化合态存在( )
(2)在金属化合物中金属元素都显正价( )
(3)金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生氧化反应( )
(4)金属的活动性越强，即金属失电子的能力越强( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)√
2．下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是( )
[答案] C
3．下列有关金属的工业制法中，正确的是( )
A．制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液
B．制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁
C．制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁
D．制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝
[答案] B
知识点一金属的冶炼
1.金属的冶炼原理 5 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。
2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
3.热还原法冶炼金属的分类和优、缺点
(1)分类
(2)优、缺点
用氢气还原法冶炼金属，纯度高，但成本也高；用一氧化碳和炭还原法冶炼金属，纯度低，冶炼成本也低；用铝热法可以冶炼熔点高难冶炼的金属，成本较高。
【典例1】 下列金属冶炼原理错误的是( )
A．2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2=====△Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4CO=====高温3Fe＋4CO2
D．2HgO=====△2Hg＋O2↑
[思路启迪] 解决金属冶炼的相关问题时，既要明确金属冶炼方法选择的原则，又要掌握某些物质的特殊之处。
[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 6 制取。Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，B项错。
[答案] B
工业上采用电解法冶炼铝和镁的原料分别为Al2O3和MgCl2，而不是AlCl3和MgO，这是因为AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，而MgO虽然是离子化合物，但其熔点太高，熔化时会消耗大量的电能，成本较高。
[针对训练1] 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法
②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④
[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。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是
(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3=====△2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋
2CuO=====△2Cu＋CO2↑，符合①；
(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；
(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3=====高温Al2O3＋2Cr，符合③；
(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑，符合④。
[答案] B
知识点二铝热反应
1.铝热反应的特点
(1)高温。
(2)剧烈燃烧，放出大量的热。
(3)新生成的液态金属单质易与Al2O3(固态)分离。
2．铝热反应实验注意问题
(1)镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃。
(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉没有被氧化，否则难以反应。 7 (3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出。
(4)因为铝热反应是一个典型的放热反应，反应中放出的大量热量能够使铁熔化，所以要垫细沙，这样做的目的一是防止蒸发皿炸裂，二是防止熔融的金属溅出伤人。
(5)实验装置应远离人群和易燃物。
【典例2】 下列关于铝热反应的说法错误的是( )
A．铝热反应中的还原剂是铝粉
B．铝热剂是纯净物
C．铝与Fe2O3可组成铝热剂
D．铝热反应是放热反应
[思路启迪] 准确掌握铝热反应的特点，一是体现了铝的还原性，二是说明铝热反应为放热反应。
[解析] Al和Fe2O3可组成铝热剂，铝热剂属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。
[答案] B
[针对训练2] 下图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
(1)引发该铝热反应的操作为____________________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？________(填“能”或“不能”)，理由是________________________________。
(3)铝热反应的用途有哪些？_________________________________________。
[解析] (1)利用镁带燃烧放热促使KClO3分解产生O2，从而引发铝热反应。(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
[答案] (1)在混合物中间插一根镁带，并用燃着的小木条(或火柴)点燃镁带
(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁
(3)用于焊接钢轨；冶炼某些金属 8 知识脉络
核心要点
1．金属冶炼的实质是金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质。
2．常见金属的冶炼方法：K、Ca、Na、Mg、Al―→电解法，Zn～Cu―→热还原法，Hg、Ag―→热分解法。
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1．金属冶炼的实质是( )
A．金属元素失去电子
B．金属元素获得电子
C．金属元素被氧化了
D．金属元素可能被氧化了，也可能被还原了
[解析] 大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在，其化合价为正价，在冶炼过程中得电子被还原，故B项正确。
[答案] B
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
[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。
[答案] C
3．从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近几百年的事。下列跟这个先后顺序有关的是( )
①地壳中金属元素的含量 ②金属活动性顺序 ③金属的导电性 ④金属冶炼的难易程度 ⑤金属的延展性
A．①③ B．②⑤ C．③⑤ D．②④
[解析] 金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度，金属冶炼的难易程度决定了金属被利用的先后顺序。
[答案] D
4．下列反应原理不符合工业实际的是( )
A．2Ag2O=====高温4Ag＋O2↑
B．4Al＋3MnO2=====高温3Mn＋2Al2O3
C．2MgO=====电解2Mg＋O2↑ 10 D．2CuO＋C=====高温2Cu＋CO2↑
[解析] 根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。因为氧化镁的熔点很高，与电解熔融的氯化镁相比会消耗更多的能量。
[答案] C
5．(1)Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为_________________________________________，
该反应中氧化剂是________，还原剂是________。
(2)工业上电解冶炼铝的化学方程式为_____________________。若电路中通过1 mol电子，可以得到Al________g。
[解析] (1)铝热反应是用铝还原高熔点的金属单质，铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂。(2)由方程式可知得1 mol Al转移3 mol电子，所以电路中通过1 mol电子时可得13 mol
Al，质量为9 g。
[答案] (1)8Al＋3Fe3O4=====高温4Al2O3＋9Fe Fe3O4 Al
(2)2Al2O3(熔融)=========电解冰晶石4Al＋3O2↑ 9
课后作业(二十)
[基础巩固]
一、金属冶炼的方法
1．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于( )
A．金属的导电性强弱
B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低
D．金属的活动性强弱
