高中化学第四章化学与自然资源的开发利用第一节1金属矿物的开发利用学案新人教版必修2.docVIP

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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

[激趣导读]中国古代炼丹家以丹砂(硫化汞)、雄黄(硫化砷)等为原料,企图制得仙丹,再点石成金,服用仙丹或以金银为皿,均使人永不老死。西洋人也仿效于暗室或洞穴,单身寡居致力于炼金术。一两千年过去了,死于仙丹不乏其人,点石成金终成泡影,金丹的炼制终因徒劳无功而销声匿迹。中外古代炼金术士毕生从事化学实验,为何终一事无成？因其违背科学规律开发利用资源！

[目标]1.掌握金属冶炼的一般原理,了解适用于不同金属的冶炼方法。

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,体会保护金属资源的重要性。

3．掌握从海水中分离出化工原料的原理和方法。

4．了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。

第1课时金属矿物的开发利用

一、金属元素的存在

金属元素在自然界中的存在形态除了金、铂等少数金属以游离态外,绝大多数金属以化合态形式存在于自然界,在这些化合物中金属元素都显正价。

二、金属的冶炼

1．(1)金属的冶炼是指将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。

(2)金属活动性顺序为K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au。

(3)金属冶炼的常用方法有热分解法、热还原法、电解法。

(4)铝热反应是指铝粉与某些金属氧化物在较高温度下,发生剧烈反应并放出大量的热的化学反应,用途为焊接钢轨、冶炼难熔金属。

2．由于金属的化学活动性不同,金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同,因此必须采用不同的冶炼方法。

(1)热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属,如汞和银。

(2)热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物,适合于金属活动性介于Mg～Cu之间的大多数金属的冶炼。如：

Fe2O3＋3COeq\o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋3CO2

2CuO＋Ceq\o(=====,\s\up15(高温))2Cu＋CO2↑

2Al＋Cr2O3eq\o(=====,\s\up15(高温))2Cr＋Al2O3

WO3＋3H2eq\o(=====,\s\up15(高温))W＋3H2O

这类金属中若金属以硫化物或碳酸盐形式存在时,首先将其转化成氧化物后再还原,如：

2ZnS＋3O2eq\o(=====,\s\up15(高温))2ZnO＋2SO2

2ZnO＋Ceq\o(=====,\s\up15(高温))2Zn＋CO2↑

(3)电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般是在金属活动顺序表中排在铝前边的金属)。如：

2Al2O3(熔融)eq\o(=====,\s\up15(电解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑

MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑

3．合理开发和利用金属矿物资源

地球上的金属矿物资源是有限的,我们必须学会合理开发和利用这些矿物资源。达到此目的的主要途径有：

(1)有效地使用金属产品、材料；

(2)提高金属矿物的利用率；

(3)用其他材料代替金属材料,减少金属的使用量；

(4)加强金属资源的回收和再利用。

探究点一金属的冶炼

将矿石中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料,这一过程在工业上称为金属的冶炼。

(1)金属冶炼的实质：Mn＋＋ne－===M。

(2)金属冶炼的步骤：富集―→冶炼―→精炼。

(3)金属冶炼的方法如下表所示。

1.金属活动性顺序与金属冶炼有什么关系？

提示：在金属活动性顺序表中,金属的位置越靠后,金属阳离子的氧化性越强,越容易被还原,用一般的还原法就能使金属还原,如铜的还原；金属的位置越靠前,金属阳离子越难被还原,最活泼的金属只能用最强的还原手段(电解)使金属阳离子还原,如铝的冶炼。

2．电解法冶炼活泼金属时,能电解其盐溶液吗？

提示：不能,只能电解其熔融盐或氧化物或氢氧化物,电解其盐溶液时无法得到活泼金属单质。

3．什么是湿法冶金？

提示：利用溶液中发生的化学反应(如置换反应、氧化还原反应、中和反应、水解反应等)对原料中的金属进行提取和分离的冶炼过程,可用于提取铜、锌、铀及稀土金属等。如Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4。

[例1]冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气(或H2或CO)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。其中对它们的冶炼方法的分析中不正确的是()

A．(Ⅰ)① B．(Ⅱ)②

C．(Ⅲ)③ D．(Ⅳ)④

[思路分析]解题时除了考查金属活动性外,还