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2017_2018学年高中化学第4章化学与自然资源的开发利用4.1.1金属矿物的开发利用课件新人教版必修2

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高中化学审核员

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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 
第                     1            课时                                                     金属矿物的开发利用 
           1.知道根据金属的活动性不同,可分别采用加热、电解、热还原等方法冶
           炼金属。 
目标导航 预习引导  2.能从能量的角度选择金属的冶炼方法。 
       
           3.能够书写相关的化学方程式。 

           1.在掌握金属冶炼原理的基础上,了解不同金属的冶炼方法。 
           2.化学方法在金属矿物开发中的作用。 
       
    
金属矿物的开发利用 
         1.金属的存在 
目标导航 预习引导
         金属在自然界中的存在形式通常有两种。 
         (1)游离态:如金、铂等不活泼金属; 
         (2)化合态:绝大多数金属,如:Na、K、Ca、Mg                                                      等。 
         2.金属冶炼原理 
         金属冶炼的基本原理是用还原法把化合态的金属还原成游离态的
金属:M𝑛         ++ne-             M。 
目标导航  预习引导


             3.金属冶炼的一般方法 
             (1)分解法 
             不活泼金属仅用加热的方法就可使其从化合物中还原出来。 

             例如             HgO:2HgO                                     2Hg+O2↑ 

             Ag2O:2Ag2O                                       4Ag+O2↑ 
        (2)热还原法 
      高温条件下,用适当的还原剂可以将大多数金属从其化合物中还
原出来。 

      ①常用的还原剂有                   C、CO、H2          等。 
      例如      CO   还原     Fe   O  : 
目标导航 预习引导                     2  3

      Fe2O3+3CO             2Fe+3CO2 

      C  还原氧化铜:2CuO+C                       2Cu+CO2↑ 

      H2  还原      WO3:WO3+3H2               W+3H2O 
      ②一些较为活泼的金属也可以作还原剂,将相对不活泼的金属从

其化合物中置换出来。例如:铝热反应:Fe2O3+2Al                                               2Fe+Al2O3。 
       (3)电解法 
     一些极为活泼的金属(如钾、钙、钠等),其单质还原性很强,采用一
般还原剂很难将它们还原出来,工业上常用电解法冶炼。 

     电解    Al2O3  制取金属铝: 


     2Al2O3(熔融)               4Al+3O2↑ 
     电解熔融的         NaCl   制取金属钠: 

目标导航 预习引导
     2NaCl(熔融)           2Na+Cl2↑ 
     总结金属冶炼方法的一般规律: 
     K、Ca、Na、Mg、Al             等金属一般用电解法冶炼; 
     Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu             等金属一般用热还原法冶炼; 
     Hg、Ag     等金属一般用热分解法冶炼。 
目标导航  预习引导

                                                                       预习交流 
            金属冶炼方法与金属活动性有何关系? 
            答案:在金属活动性顺序中,金属的位置越靠后,越容易被还原,用一
般的还原方法就能使金属还原;金属的位置越靠前,越难被还原,最活泼
的金属只能用最强的还原手段还原。 
目标导航 预习引导

           4.金属的回收和资源保护 
           (1)有效地使用金属产品、材料; 
           (2)提高矿物利用率; 
           (3)用其他材料代替金属材料; 
           (4)加强金属资源的回收和再利用。 
     一、金属的冶炼 
        活动与探究 
     1.为什么人类使用铁器比使用铜器晚? 

     2.现代工业生产中冶炼金属常用以下几种方法:①以                                    C  或  H2、CO
作还原剂还原法;②热分解法;③电解法;④铝热法。试标明冶炼下列金
属:Al、Mg、Cu、Hg、Mn               适宜的冶炼方法。
Al:    ,Mg:    ,Cu:                          ,Hg:    ,Mn:                    ;其
问题导学 当堂检测
中以    C 或   H2、CO    作还原剂冶炼金属哪一种还原剂更好?谈谈此还原剂
在工业生产中的优缺点。  
     答案:1.金属的还原性越强,其冶炼难度越大,铜比铁易于冶炼。 
     2.③     ③    ①    ②     ④    用氢气作还原剂更好,因为得到的金属纯
度高且不会给环境造成污染,但是成本高。 
问题导学 当堂检测      迁移与应用 
                         例     1   冶炼金属一般有下列                                   4   种方法:①焦炭法 
②水煤气(或氢气、一氧化碳)法                                                      ③活泼金属置换法                                    ④电解法。这                       4

种方法在工业上均有应用。古代有:Ⅰ.火烧孔雀石[Cu2(OH)2CO3]炼铜 

Ⅱ.湿法炼铜。现代有:Ⅲ.铝热法炼铬                                                              Ⅳ.从光卤石(MgCl2·6H2O)中炼
镁。对它们的冶炼方法的分类,不正确的是(  ) 
        A.Ⅰ,①                         B.Ⅱ,②                          C.Ⅲ,③                     D.Ⅳ,④ 
     解析:金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的状态、金属活
动性等有关,需要在理解的基础上加以记忆。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生的反
应分别是: 

     Ⅰ.Cu2(OH)2CO3           2CuO+CO2↑+H2O 

     C+2CuO         2Cu+CO2↑ 

     Ⅱ.Fe+CuSO4          FeSO4+Cu 

     Ⅲ.2Al+Cr2O3          Al2O3+2Cr 
问题导学 当堂检测
     Ⅳ.先从光卤石中提取                MgCl2,再电解熔融的             MgCl2:MgCl2(熔融)

     Mg+Cl2↑。 
     则Ⅰ属于方法①,Ⅱ属于方法③,Ⅲ属于方法③,Ⅳ属于方法④。综
上分析,B      选项不正确。 
     答案:B 
问题导学 当堂检测                         迁移训练                 1   人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、
铜四种金属的时间顺序是(  ) 
        A.铁、铝、铜、钛                                                    B.铜、铁、铝、钛 
         C.铜、铁、钛、铝                                                   D.铁、铜、铝、钛 
         解析:人们最早大量生产和使用的金属是铜,其次是铁,铝的大量生
产和使用才有近百年的历史,将来应用最广泛的金属是钛。 
         答案:B 
                                                                                          
      金属的冶炼 
      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,因此需要采用不同的冶炼方法。 
问题导学 当堂检测
 K  Ca   Na  Mg   Al     Zn   Fe   Sn   Pb  ( H )  Cu  Hg   Ag Pt   Au 
      电解法                       热还原法                 热分解法
      1.热分解法 
      用加热分解氧化物的方法可制取                                 Hg、Ag,化学方程式分别为                       2HgO

      2Hg+O2↑,2Ag2O                4Ag+O2↑。 
问题导学    当堂检测


                 2.热还原法 

                 (1)H2               还原                  WO3:WO3+3H2                                                              W+3H2O; 

                 (2)Al                还原                  Cr2O3:Cr2O3+2Al                                                               2Cr+Al2O3; 

                 (3)CO                    还原                 Fe2O3:Fe2O3+3CO                                                                   2Fe+3CO2。 
      3.电解法 

      制取     Na、Mg、Al         时分别使用电解熔融态                    NaCl、MgCl2、Al2O3
和冰晶石共熔体的方法: 

      ①2NaCl(熔融)              2Na+Cl2↑; 

      ②MgCl2(熔融)              Mg+Cl2↑; 


问题导学 当堂检测
      ③2Al2O3               4Al+3O2↑。 

      特别提醒:工业上采用电解法冶炼铝和镁所选材料分别为                                                Al2O3  和

MgCl2,而不是         AlCl3  和   MgO,这是因为            AlCl3  是共价化合物,熔融时无法
电离出自由移动的离子,不导电;而                            MgO   虽是离子化合物,但其熔点太高,
熔融会消耗大量电能,成本较高。 
     二、铝热反应 
        活动与探究 
     认真观察实验           4  1,完成下面问题。 
     1.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,并在中间插一根用砂纸打磨过的镁条? 
     答案:插入镁条的作用是引发铝热反应,加入氯酸钾的作用是受热
分解生成助燃剂氧气,使镁条燃烧剧烈释放出更多热量以引发铝热反

问题导学 当堂检测
应。 
     2.这个反应得到的铁单质的状态如何?说明该反应属于放热反应还
是吸热反应? 
     答案:铝热反应放出大量的热,使生成的铁熔化成液态,说明该反应
属于放热反应。 
问题导学 当堂检测

           3.什么是铝热反应?铝热反应属于四大基本反应类型中的哪一类?
被还原的单质与铝在金属活动顺序中的位置有何特点? 
           答案:铝粉与金属氧化物的反应是铝热反应。铝热反应属于置换反
应,被置换的金属在金属活动顺序中排在铝的后面。 
           4.铝热反应有何应用? 
           答案:铝热反应可以用于野外焊接钢轨和冶炼高熔点金属。 
           迁移与应用 
                   例    2  铝热反应不仅被用于焊接钢轨,而且还常被用于冶炼
熔点高的金属如钒、铬、锰等。 

问题导学 当堂检测 (1)试从铝粉跟氧化铁的反应出发,思考铝热反应为什么可以用于
冶炼这些金属? 
       (2)请配平下列用铝热反应冶炼金属钒和钴的化学反应方程式,并
计算生成            1 mol    各金属分别需要纯铝的质量。 
                       
       V2O5+Al            Al2O3+V 
                        
       Co3O4+Al             Al2O3+Co 
     答案:(1)铝粉与氧化铁的反应为                     Fe2O3+2Al        Al2O3+2Fe,该反应
为铝热反应,在反应过程中放出大量的热,放出的热量足以使高熔点金
属熔融成液态,这样就可以分离出熔融态的金属,达到金属冶炼的目的。 
     (2)根据原子守恒配平化学反应方程式: 

     3V2O5+10Al         5Al2O3+6V 

     3Co3O4+8Al         4Al2O3+9Co 
     根据化学方程式找到纯铝与生成金属之间的物质的量关系: 

问题导学 当堂检测
     10Al    ~   6V  8Al         ~   9Co 
                      270 g            6 mol          216 g         9 mol 
                      x                1 mol          y             1 mol 
     列出比例式,解得:x=45 g,y=24 g。 
     即生成      1 mol  钒需要纯铝         45 g,生成     1 mol 钴需要纯铝          24 g。 
                     迁移训练         2 铝能用于冶炼一些金属(如钒、铬、锰等),
这是因为铝(  ) 
A.既能与酸反应,又能与碱反应 
      B.导电性好 
      C.熔点低 
      D.有较强的还原性,在冶炼反应中放出大量的热量 
问题导学 当堂检测
      解析:铝能用于冶炼一些金属,是因为铝有较强的金属性,可以将一
些金属性比它弱的金属置换出来。另外,在冶炼反应中放出大量的热量,
使反应体系维持在高温状态,可以把一些金属性较弱的金属从它们难
熔的金属氧化物中置换出来。 
      答案:D 
问题导学 当堂检测


                                                                                                                                                        
           铝热反应 
           1.原理 

           用铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质。如                                                                                                           Fe2O3+2Al

           2Fe+Al2O3,3Co3O4+8Al                                            9Co+4Al2O3                   等。 
问题导学       当堂检测

                       2.反应装置 


                                                                                                                                                                                                                                 
      3.反应特点 
      (1)引燃剂:镁带、氯酸钾。 
      (2)反应条件:高温。 
      (3)反应现象:剧烈燃烧,放出大量的热,导致混合物剧烈反应后,纸漏
斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。 
问题导学 当堂检测

      (4)结论:Al        从   Fe2O3   中置换出          Fe,说明金属性:Al>Fe;由熔融物及铁
珠说明此反应放出大量的热。 
      4.应用 
      (1)野外焊接钢轨; 
      (2)冶炼高熔点金属。 
1.下列金属冶炼的反应原理错误的是(  ) 

A.2NaCl(熔融)                   2Na+Cl2↑ 

B.Al2O3+3H2                2Al+3H2O 

问题导学 当堂检测 1 2        3        4
C.Fe3O4+4CO                 3Fe+4CO2 

D.2HgO              2Hg+O2↑ 
解析:活泼的金属用电解法(如                                 K、Al);较活泼的金属用热还原法(如                                    Zn、
Cu),此法要求在较高温时还原剂的还原性大于被冶炼的金属;不活泼的

金属用热分解法(Hg、Ag)。由于铝的还原性大于                                                      H2,故     B  项错误。 
答案:B 
2.(双选)下列说法正确的是(  ) 
A.有些活泼金属,如铝可作热还原法的还原剂 
B.用电解          NaCl     溶液的方法来冶炼金属钠 

C.问题导学 可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝当堂检测 1        2 3        4                          
D.回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 
解析:铝可作还原剂冶炼一些高熔点的金属,A                                                 项正确;电解              NaCl     溶液不
能得到         Na,应用电解熔融                  NaCl     的方法得到              Na,B    项错误;铝是活泼金属,

应用电解熔融                 Al2O3    的方法制取铝,C                  项错误;D          项正确。 
答案:AD 
3问题导学.下列冶炼方法中当堂检测 1        2        3 4 ,可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            CaCO3 
C.电解熔融                   NaCl         D.氯化钠与铝粉高温共热 
解析:Ca、Na、Al                         都是活泼的金属,应该用电解法冶炼。故                                                                  A、B、D               项
错误,C           项正确。 
答案:C 
4.冶炼金属常用以下几种方法:①以                                              C、CO          或    H2   作还原剂加热还原法 
②热分解法                    ③利用铝热反应原理还原                                       ④电解法。下列金属各采用
问题导学 当堂检测 1        2        3        4
哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)。 
(1)Fe、Zn、Cu                 等中等活泼金属                                      。  
(2)Na、Mg、Al                  等活泼或较活泼金属    。  
(3)Hg、Ag            等不活泼金属    。  
(4)V、Cr、Mn、W                       等高熔点金属                                    。  
答案:(1)①                (2)④         (3)②         (4)③ 
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