2022-2023学年人教版必修第二册 第八章 第一节 第1课时　金属矿物的开发利用 学案

PAGE10-第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用课标定向1.能根据金属冶炼和海水资源的综合利用,说明化学对人类文明的伟大贡献,主动关心与资源开发有关的社会热点问题。(科学态度与社会责任)2.能运用所学知识分析和探讨金属冶炼和海水资源的综合利用过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响。(科学态度与社会责任)情境导入氢能源电池车为2022年北京冬奥会做出了巨大贡献。公交车的制造用到了各种各样的金属材料,你知道冶炼金属有哪些方法吗?教学建议本课时的重难点是熟练掌握不同金属的冶炼方法。教师授课时，可以以古代出土的金属器件为切入点，引导学生了解金属的利用时间与金属活动性的关系。另外，结合一些金属冶炼的真实情境引导学生根据活动顺序表掌握不同金属的冶炼方法。学习任务金属矿物的开发利用1．金属元素在自然界中存在的形态（1）极少数的不活泼金属（金、铂等）以游离态的形式存在。（2）绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。2．金属冶炼原理将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料。3．金属冶炼方法（1）加热分解法（写出化学方程式）①制Hg：2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑。②制Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。①制Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。②制Al:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。③制Na:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。（3）热还原法：高温加热条件下用还原剂把金属还原出来①常用还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、铝等。②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。[闪问]所有金属单质必须通过化学反应才能获得吗？提示：不一定。有些金属在自然界中以游离态存在，不必通过化学反应获得，比如金、铂等通过物理方法获得。4．合理开发和利用金属资源的主要途径（1）提高金属矿物的利用率；（2）开发环保高效的金属冶炼方法；（3）防止金属的腐蚀；（4）加强废旧金属的回收和再利用；（5）使用其他材料代替金属材料。1．思考：如图是我国古代和现代冶金的两张图片，那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？提示：金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。2．探索：当铁轨有缝隙时，维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物引燃，让熔融的铁水流入铁轨的裂缝，冷却后就将铁轨牢牢黏结在一起。其中的原理是什么？写出化学方程式。提示：高温条件下，铝粉与Fe2O3发生置换反应，化学方程式为Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe。1．金属的冶炼（1）原理：Mn＋＋ne－=M（2）金属冶炼方法与金属活动性的关系[提醒]工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。2.铝热反应——拓展链接（1）概念：铝与某些难熔金属氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等）在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。（2）反应原理（以铝和氧化铁反应为例）：Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。实验室模拟装置如图所示：（3）铝热剂：铝粉和某些难熔金属氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等）的混合物。（4）各物质用途镁带作引燃剂氯酸钾作助燃剂沙子底部放置沙子，点燃后反应太剧烈，为防止对人造成伤害，需用蒸发皿来接住熔化的铁水，沙子是为了防止铁水温度过高使器皿底部炸裂（5）反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3（固态）分离。（6）应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属，如Fe、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。【典例】下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是（）选项冶炼原理方法A2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑热分解法B2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑电解法CCu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Cu＋SO2热分解法DFe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2热还原法【解析】选C。Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，A正确；Al为活泼金属，通常用电解熔融的金属化合物的方法冶炼，B正确；Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Cu＋SO2，该反应不属于分解反应，所以采用的不是热分解法，C错误；高温下用CO做还原剂冶炼铁，属于热还原法，D正确。[借题发挥]（1）改变制备方法：C选项中铜的制备还有哪些方法？提示：①热还原法，可用氢气、CO、C等还原剂在高温下还原。②湿法炼铜，可用铁等活泼金属将铜离子从溶液中置换出来。（2）改变设问角度：C项化学方程式中氧化剂和还原剂分别是什么物质？提示：根据化合价变化，可知氧化剂为Cu2S和O2，还原剂为Cu2S。[规律方法]金属冶炼的实质金属冶炼的实质其实就是化合物中金属得到电子被还原生成金属单质的过程。1．（2022·台州高一检测）我国夏代已经有青铜器，传说夏禹铸九鼎，史料中更有夏禹之子夏启炼铜的记载。冶铁技术大约出现在西周（公元前1046年～公元前771年）时期，冶炼出生铁使我国成为世界上最早发明和使用生铁的国家。下列有关金属冶炼的说法不正确的是（）A．金属的冶炼先后，主要取决于金属的活动性强弱B．炼铁时，加入石灰石的作用是用于除去铁矿石中的二氧化硅C．金属冶炼的过程就是被冶炼的金属元素得电子被还原的过程D．工业上用电解氯化镁溶液的方法冶炼金属镁【解析】选D。A．金属活动性越强越难冶炼，金属活动性越弱，越容易冶炼，故金属的冶炼先后，主要取决于金属的活动性强弱，故A正确；B.炼铁时，石灰石中的碳酸钙在高温条件下分解能生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙能和二氧化硅反应生成硅酸钙，从而除去铁矿石中的二氧化硅，故B正确；C.金属冶炼就是金属化合物变为金属单质的过程，就是金属元素得电子被还原过程，故C正确；D.工业上用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁，不能在水溶液中进行，故D错误。2．（2022·湖州高一检测）下列关于铝热反应2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe的说法不正确的是（）A．该反应中Al做还原剂B．该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中冶炼1molFe转移2mol电子D．该反应可用于焊接钢轨【解析】选C。由题中化学方程式可知，反应中Fe的化合价由＋3降为0，则冶炼1molFe转移3mol电子。3．（走进生活）2022年北京冬奥会圆满举办，大量的机器人起到了至关重要的作用，如图为机器人在奥运村杀菌消毒的场景，这些机器人的能源供应来源于锂电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，工业上可以用什么方法冶炼金属锂？提示：电解法。可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来判断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，用电解法才能得到金属锂。【补偿训练】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．金属的化合价高低B．金属的活动性强弱C．金属的导电性强弱D．金属在地壳中的含量多少【解析】选B。金属开发利用的先后顺序与金属冶炼的难易程度有关，而金属冶炼的难易程度取决于金属的活动性强弱。1．（2022·舟山高一检测）下列有关判断正确的是（）A．金属阳离子被还原，一定会得到金属单质B．金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生氧化反应C．通过铝热反应可以在野外焊接钢轨D．明矾溶于水能形成胶体，可用于自来水的杀菌消毒【解析】选C。A.金属阳离子被还原，不一定会得到金属单质，如铁离子被还原可得到亚铁离子，故A错误；B.金属冶炼过程中，金属化合物得到电子发生还原反应，故B错误；C.铝热反应放出大量的热，可以冶炼金属，可用于野外焊接钢轨，故C正确；D.明矾溶于水电离产生的铝离子能形成具有吸附性的氢氧化铝胶体，无强氧化性，可以净水，不能杀菌消毒，故D错误。【补偿训练】关于废旧金属处理的下列说法，不正确的是（）A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B．重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋C．废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐D．照相馆、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银【解析】选B。重金属材料填埋将会对环境造成污染。2．中华文化博大精深，蕴含了很多化学原理和规律，下列文中描述的变化过程与金属冶炼原理无关的是（）A．《浪淘沙》：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”B．《天工开物》：“炉甘石（ZnCO3）与煤饼混合，密封加热”C．《梦溪笔谈》：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”D．《抱朴子》：“丹砂（HgS）烧之成水银”【解析】选A。A.沙里淘金是利用了沙子和黄金的密度不同，不涉及化学变化，与金属冶炼原理无关，故A正确；B.“炉甘石（ZnCO3）与煤饼混合，密封加热”，是炉甘石分解生成氧化锌被木炭还原，有锌生成，是热还原法冶炼锌，故B错误；C.铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，是湿法炼铜，与金属冶炼原理有关，故C错误；D.“丹砂（HgS）烧之成水银”，即HgS发生分解反应生成水银，此过程为热分解法冶炼汞，与金属冶炼原理有关，故D错误。3．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1mol，消耗铝最少的是（）A．MnO2B．Cr2O3C．WO3 D．CuO【解析】选D。制备1mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。而生成1mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多，反之则越少。在所给的这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。4．冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2做还原剂还原②利用铝热反应原理还原③电解法④热分解法下列金属各采用哪种方法还原最佳？（1）Fe、Zn、Cu等中等活泼金属__________。（2）Na、Mg、Al