人教版高中化学第8章8.1.1金属矿物的开发利用学案

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1．了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2．以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质的性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。金属在自然界中的存在主要有两种形式，一种是游离态，一种是化合态，其中除了金、铂等极少数金属外，其他绝大多数金属都是以化合态存在于自然界。1．金属冶炼原理与实质(1)原理：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)实质：用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质，即：Mn＋＋neM。根据金属元素活泼性的不同，金属冶炼的方法也各不相同。热分解的方法获得。2HgO===2Hg+O2↑2AgO===2Ag+O2↑2.钾、钙、钠、镁、铝等极活泼的金属一般是用电解法获得。2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up11(电解),\s\do4(冰晶石))4Al+3O2↑【思考】为什么工业上冶炼镁是电解氯化镁而不是氧化镁？冶炼铝是电解氧化铝而不是氯化铝？氧化镁熔点高，能耗高；氯化铝是非电解质，熔融状态下不导电。热还原法法进行冶炼。H2＋CuO===Cu+H2O3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2↑（高炉炼铁）金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、CuHg、AgPt、Au金属原子失电子能力强→弱金属离子得电子能力弱→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法富集法还原剂或特殊措施强大电流提供电子H2、CO、C、Al等加热加热物理方法或化学方法【特别提醒】用电解法冶炼较活泼金属时，电解的是熔融的金属化合物，而不是金属化合物的水溶液。因为在其水溶液中，阴极放电的是H＋，而不是金属阳离子，故得不到金属单质(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)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；(5)加强废旧金属的回收和再利用。【铝热反应】1．铝热反应是指金属铝与某些金属氧化物的混合物在高温条件下发生置换反应，生成氧化铝和金属单质的过程。实质是用较活泼的还原剂铝，把活泼性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。2．铝热反应实验中，镁和KClO3的作用是为铝热反应提供引发反应所需的高温，但该反应属放热反应且放出大量的热，能使生成的金属熔化为液态。铝热反应可应用于冶炼一些高熔点金属，如铁、锰、钒等。3. 实验4. 【实验步骤】将氧化铁粉末和铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条并点燃。【实验现象】剧烈反应，放出大量的热，生成的铁融化成铁水滴落下来【实验原理】反应的化学方程式为2Al+Fe2O3===2Fe+Al2O31．下列金属在自然界中以游离态存在的是（）A.Na C.Al 【答案】D【解析】金属在自然界中的存在状态与其化学活性有关。绝大多数金属在自然界中以化合态存在，只有少数化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。如金、铂等。2．下列冶炼方法中，不能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HgOC．电解熔融NaCl D．铝粉和Fe2O3共热【答案】A3．下列金属冶炼的反应原理中，不正确的是A．2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ B．MgO+H2Mg+H2OC．Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 D．2Ag2O4Ag+O2↑【答案】B【解析】A、常用电解熔融的方法制取金属，A项正确；B、属于非常活泼的金属，一般的还原剂很难将其从化合物中还原出来，又因的熔点很高，故冶炼金属镁常用电解熔融的方法，B项不正确；C、在高温条件下用一氧化碳还原氧化铁制得铁，Ｃ项正确；D、是不活泼的金属，可以用加热其氧化物使之分解的方法制得，D项正确；答案选Ｂ。4．下列有关金属冶炼的说法不正确的是A．金属冶炼的实质是金属阳离子被还原成单质B．用炭粉或铝粉还原铁矿石可以获取金属C．通过电解溶液的方法可以获取金属D．冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜【答案】C【解析】A．金属冶炼的实质是将金属从其化合物中还原出来，故A正确；B．碳和铝都具有还原性，是工业炼铁常用的还原剂，故B正确；C．电解溶液的反应原理与电解氯化钠溶液相似，得不到单质镁，故C错误；D．冶炼铜的方法主要是热还原法和用活泼金属将其从铜盐溶液中置换出来，故D正确；故选：C。5．工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的Al2O3，然后得到铝。而不是电解氯化铝，其主要原因是（）3是共价化合物，其熔融态不导电3生成的Cl2会污染大气3不存在【答案】A【解析】AlCl3是共价化合物，其熔化不能电离出阴、阳离子，A正确；Cl2虽然会污染大气，但电解NaCl制金属钠时也产生Cl2，况且Cl2还是重要的化工原料，B错误；铝是活泼金属只能利用电解法制取，C错误；固体、溶液中均存在氯化铝，D错误。6．金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是（）A．电解法 B．热还原法C．热分解法 D．铝热法【答案】A7．下列各组物质中，均能将Fe2O3还原成单质铁的是()A．CO、O2、H2 B．CO、CO2、CC．CO2、H2O、O2 D．Al、C、H2【答案】D【解析】Fe是化学性质较活泼的金属，用强还原剂(如Al、C、H2、CO等)在一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。8．下列关于金属冶炼的说法正确的是A．由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产AlB．可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁C．炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热D．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活泼性决定【答案】D【解析】A．由于Al的活泼性强，工业上采用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝，AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电，所以不用电解AlCl3的方法生产铝，故A错误；B．钠是很活泼金属，将Na加入氯化镁溶液中，Na先和水反应生成NaOH，NaOH再和氯化镁发生复分解反应，所以得不到Mg单质，可以采用电解熔融氯化镁的方法冶炼Mg，故B错误；C．炼铁高炉中所发生的反应有的是放热有的是吸热，有些放热反应在加热条件下发生，故C错误；D．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，活泼金属采用电解法冶炼，不活泼的金属采用直接加热法冶炼，大部分金属的冶炼都是在高温下采用氧化还原反应法，故D正确；答案为D。9．《天工开物》中如下描述“共煅五个时辰，其中砂末尽化成汞，布于满釜。”下列金属的冶炼方法与此相同的是A．钠B．铝C．银D．铁【答案】C【解析】“共煅五个时辰，其中砂末尽化成汞，布于满釜。”，方法是加热HgO，使之分解成Hg和O2；A、工业上冶炼金属钠，常采用的方法是电解熔融氯化钠，故A不符合题意；B、工业上冶炼铝，采用电解熔融的氧化铝，故B不符合题意；C、工业上冶炼银，采用加热氧化银，故C符合题意；D、工业冶炼铁，采用热还原法，故D不符合题意。10．《五金·铁》中记载：“若造熟铁，则生铁流出时，相连数尺内，低下数寸，筑一方塘，短墙抵之。其铁流入塘内，数人执柳木排立墙上……众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是（）A．金属冶炼方法由金属活动性决定B．生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差C．炒铁是为了提高铁水中的碳含量D．该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工【答案】C【解析】A．活泼性不同的金属，其冶炼方法不同，即金属冶炼方法由金属活动性决定，故A正确；

B．熟铁比生铁质地更软，且延展性好，生铁比熟铁质地更硬，延展性稍差，故B正确；

C．炒铁过程中降低了铁水中的碳含量，从而将生铁转化成熟铁，故C错误；

D．该冶炼方法和近代往生铁水吹空气炼钢，都利用空气中氧气氧化C元素，其原理基本相同，D正确；11．有0.4g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75g的沉淀。这种铁的氧化物的化学式是（）A.FeO 2O33O4 和Fe2O3【答案】B【解析】CO和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个氧原子可以生成一个CO2分子，每一个CO2分子可以生成一个CaCO3分子，所以有下列的关系式，假设0.4g该氧化物中含O的质量为xO～CO2～CaCO316100x0.75g解得x＝0.12gn（Fe）∶n（O）＝eq\f(0.4g－0.12g,56g·mol－1)∶eq\f(0.12g,16g·mol－1)＝2∶3。12．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：①2C(焦炭)＋O2(空气)eq\o(=,\s\up8(高温))2CO②Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up8(高温))2Fe＋3CO2该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需，其主要原因是（）A．CO过量B．CO与铁矿石接触不充分C．炼铁高炉的高度不够D．CO与Fe2O3的反应有一定限度【答案】D【解析】高炉炼铁的反应Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up8(高温))2Fe＋3CO2为可逆反应，所以对焦炭的实际使用量要远高于按化学方程式计算所需，这样可以提高CO的浓度，促进该反应正向移动。13．工业上用铝土矿（主要成分为，还含有杂质和）提取氧化铝并冶炼的操作过程如下：（1）滤渣A是______，滤渣B是__________。（2）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名称是____________。（3）生成滤渣C的离子方程式为___________________________________________。（4）取100mL滤液B，加入200mL1.0的盐酸时，沉淀量达到最大且质量为11.7g。则滤液B中________，_______。【答案】（或氢氧化铁）过滤6.0【解析】（1）铝土矿中的二氧化硅与稀硫酸不反应