专题9第一单元金属的冶炼方法课件高一下学期化学苏教版

第一单元金属的冶炼方法专题9

金属与人类文明素养目标1.了解金属冶炼的一般原理及不同金属的冶炼方法,能正确书写相关化学方程式。认识化学方法在实现物质间转化的作用,体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用,逐渐形成科学态度与社会责任的化学学科核心素养。2.通过实验和问题探究,知道铝热反应的原理及应用,进一步提高实验操作技能,提高实验观察能力、分析能力,逐渐形成科学探究与创新意识的化学学科核心素养。3.认识金属回收和资源保护的意义,揭示化学与可持续发展的重要关系,树立资源保护意识及合理开发意识,逐渐形成科学态度与社会责任的化学学科核心素养。基础落实

必备知识全过关必备知识一、金属的存在形式1.金属材料的优异性能有良好的可塑性,坚固耐用,具有导电、导热性能。2.金属的存在形式(1)在自然界中,只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中,如自然金和自然银。通过熔铸的方法即可对金属进行加工和锻造。(2)地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存在的。例如铁元素存在于赤铁矿(主要成分是

)中,铝元素存在于铝土矿(主要成分是

)中。

(3)有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态。如铁元素有单质(主要存在于

中)、氧化物和硫酸盐等存在形式;银元素有自然银、辉银矿(Ag2S)、碲银矿(

)等存在形式。

红棕色固体

Fe2O3Al2O3陨石

Ag2Te【微思考1】金属在自然界中的存在形式与什么因素有关?提示

金属的存在形式与其活动性有关。一般而言,活动性较强的金属,在自然界以各种各样的化合态存在;活动性较弱的金属,有可能以游离态存在。有的金属元素还能以游离态和化合态两种形式存在。二、金属的冶炼1.金属冶炼利用化学反应使金属元素从

态变为

态的过程称为金属冶炼。工业上常用的金属冶炼方法有

、____________

和

等。

化合

游离热分解法高温还原法电解法2.常用金属冶炼方法(1)冶炼方法的应用实例2HgO

2Hg+O2↑

2Ag2O

4Ag+O2↑Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2

Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑(2)铝热反应①铝热反应:将铝粉和氧化铁混合,在高温条件下发生反应,该反应能够放出大量的热,生成氧化铝和液态铁,该反应叫作铝热反应。②实验:实验原理Al作还原剂,金属氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来实验操作

实验现象铝粉与某些难熔的金属氧化物(如Fe2O3等)以一定比例形成的混合物被称为铝热剂

a.镁条剧烈燃烧b.氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应c.反应放出大量的热,并发出耀眼的白光d.纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中实验结论在高温下,铝粉与Fe2O3发生反应,放出大量的热,化学方程式为

③用途:焊接钢轨,冶炼熔点较高的金属(如钒、铬、锰等)。

2Al+Fe2O32Fe+Al2O3【微思考2】铝粉与MgO粉末能否发生铝热反应?为什么?提示

不能。铝热反应利用金属铝在高温条件下还原较不活泼的金属,在金属活动性顺序中Mg在Al的前面,因此Al不能置换金属Mg。自我检测1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子失去电子被氧化为金属单质的过程。(

)(2)通过电解法冶炼Na、Mg、Al,是因为Na、Mg、Al的还原性很强。(

)(3)采用热还原法冶炼金属时,常用的还原剂有C、CO、H2、Al等。(

)(4)由于地球上金属矿物资源有限,因此要加强金属资源的回收和再利用。(

)(5)通过铝热反应可以在野外焊接钢轨。(

)×√√√√2.下列金属冶炼原理错误的是(

)B解析

Na、Mg通常用电解法制取,Fe可用高温还原法制取,Hg可用热分解法制取。Mg的活动性比H强,H不能置换出Mg,B错误。3.用如图所示的装置做铝热反应实验,回答下列问题:(1)写出该反应的化学方程式:

,在该反应中

是氧化剂,

是还原剂,该反应称为

反应。

(2)选出该实验的实验现象:

(填序号)。

①镁条剧烈燃烧;②放出大量的热,并发出耀眼的白光;③纸漏斗的下部被烧穿;④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上,液珠冷却后变为黑色固体。Fe2O3+2Al

Al2O3+2Fe

Fe2O3Al铝热①②③④

解析

(1)高温条件下Al可与Fe2O3发生置换反应生成单质铁,反应中Fe2O3是氧化剂,Al是还原剂。(2)实验中镁条剧烈燃烧,产生大量的热,引发Al与Fe2O3的反应,发出耀眼的白光,反应生成的熔融状态的铁会烧穿纸漏斗下部,落入细沙中。重难探究

能力素养全提升探究一正确选择金属冶炼的原理与方法问题探究化学科学的发展是人类文明进步的重要推动力。金属冶炼技术的进步,是人类文明进步的体现。(1)自然界中绝大多数的金属以化合态的形式存在,怎样将它们转变为金属单质呢?金属冶炼的实质是什么?

提示

在化合物中,金属元素都显正价态。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,这一过程在工业上称为金属冶炼。金属冶炼的实质是Mn+

+ne-══M。(2)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

金属越活泼,冶炼时所需条件要求越高,在人类历史上出现的时间越晚;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。(3)根据下面图片,分析从自然界中获得金属单质是否都必须发生氧化还原反应。提示

否。有些金属单质化学性质稳定,如金、铂等,在自然界中主要以游离态形式存在,获得这些金属就不需要发生氧化还原反应,用富集的方法就可以,如淘金。深化拓展1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

2.常见几种金属的冶炼误区(1)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3,因为AlCl3为共价化合物,熔化后不导电。(2)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO,因为MgO的熔点很高,耗能大。(3)Au、Pt一般用物理法提取。(4)利用铝热反应不能冶炼还原性比Al强的金属,如Mg、Na等。微点拨

高温还原法常用的还原剂有C、CO、H2和活泼金属等,其中用H2作还原剂时反应制得的金属最纯净。工业生产中用CO作还原剂时,通常CO来自C的反应,因此用C或CO作还原剂,得到的金属中会混有少量C,像高炉炼铁得到的铁中含有少量C;用活泼金属作还原剂时,得到的金属中会混有少量活泼金属。应用体验【典例1】金属锂是密度最小的金属,密度为0.534g·cm-3,与等质量的其他金属相比,锂可以释放出更多的电子,故常用来制造高性能电池。已知金属锂的活动性介于钠与镁之间,则冶炼金属锂应采用的方法是(

)A.电解法 B.高温还原法C.热分解法 D.铝热法A解析

金属锂的活动性介于钠与镁之间,应采用电解法冶炼金属锂。

【变式设问】(1)常用电解氯化锂—氯化钾熔融盐的方法制备金属锂,试写出反应的化学方程式。加入KCl的目的是什么?

(2)实验室中通常将少量金属钠放在煤油中保存,能否将金属锂放在煤油中保存?

提示

化学方程式为2LiCl2Li+Cl2↑。加入KCl可降低LiCl的熔融温度,减少能耗。提示

不能。金属锂的密度比煤油的密度小,因此无法用煤油保存金属锂,少量金属锂可保存在液体石蜡中。变式训练1(2024河北唐山高一期末)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是(

)C解析

Mg是活泼金属,用电解的方法冶炼,由于氧化镁的熔点太高,应电解熔融氯化镁,选项C错误。探究二铝的冶炼问题探究1.Al(OH)3是两性氢氧化物,既可溶于强酸溶液,也可溶于强碱溶液。Al2O3是两性氧化物,试写出Al2O3与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式。提示

Al2O3+6HCl══2AlCl3+3H2O,Al2O3+2NaOH══2NaAlO2+H2O。

2.Al(OH)3可溶于强酸和强碱溶液,但不溶于弱酸H2CO3和弱碱NH3·H2O溶液中,因此可利用可溶性铝盐与氨水反应制备Al(OH)3,或利用Na[Al(OH)4]溶液与过量CO2反应制备Al(OH)3。试写出制备Al(OH)3的两个离子方程式。深化拓展1.从铝土矿中提取铝的工艺过程

2.发生的主要反应

3.电解过程中冰晶石(Na3AlF6)的作用降低氧化铝的熔融温度,从而减少了冶炼过程中的能量消耗。微点拨

向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量或过量CO2的反应向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2,反应可生成Al(OH)3和Na2CO3;继续通入CO2,Al(OH)3不能溶解,Na2CO3可与CO2反应生成NaHCO3,因此反应的离子方程式分别为:应用体验【典例2】某同学在实验室用铝土矿(含有Al2O3和SiO2,不考虑其他杂质)制取金属铝的流程如下:(1)Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为

。

(2)滤液Ⅱ中溶质的用途之一是

。

Al2O3+6H+══2Al3++3H2O用作肥料

(3)电解熔融的Al2O3除得到金属铝之外,还可得到的气体产物是

(填化学式)。

(4)操作Ⅱ中氨水不能用NaOH溶液代替,原因是

(用离子方程式表示)。O2

Al3++4OH-══[Al(OH)4]-解析

铝土矿(含有Al2O3和SiO2,不考虑其他杂质)用稀硫酸溶解,二氧化硅不反应,过滤分离,滤液主要含有硫酸铝,向滤液中加入氨水,反应生成氢氧化铝沉淀,过滤分离,滤液Ⅱ中主要含有硫酸铵,氢氧化铝烘干、灼烧分解生成氧化铝,电解熔融氧化铝生成铝单质与氧气。(1)Al2O3与稀硫酸反应生成硫酸铝和水,反应的离子方程式为Al2O3+6H+══2Al3++3H2O。(2)滤液Ⅱ中主要含有硫酸铵,可用作肥料。(3)电解熔融氧化铝生成铝单质与氧气。(4)Al(OH)3能溶于NaOH溶液,所以氨水不能用NaOH溶液代替。技巧点拨

SiO2为酸性氧化物,不能与稀硫酸反应,因此若铝土矿中含有SiO2可首先用稀硫酸酸溶提纯;若铝土矿中含有Fe2O3、MgO等碱性氧化物,则可先碱溶提纯。变式训练2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(

)A.AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电B.电解AlCl3生成的Cl2会污染大气C.用氢气还原氧化铝即可得到铝D.AlCl3不存在A解析

AlCl3是共价化合物,其熔化后不能电离出阴、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,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。学以致用随堂检测全达标123451.(2024北京西城高一期中)下列金属中,通常用加热分解法冶炼的是(

)A.钠 B.铜C.铁 D.银D解析

金属钠为活泼金属,需要用电解法冶炼,A错误;金属铜的冶炼采用热还原法,B错误;金属铁的冶炼采用热还原法,C错误;金属银的冶炼采用热分解法,D正确。

123452.下列关于金属冶炼的说法中错误的是(

)A.人类历史上金属被发现的顺序与金属的活动性有关B.电解法获得镁时,不可在CO2或N2中降温冷却C.热还原法常用的还原剂有CO、H2、C、Al等D.金属Na、Mg、Al均能通过电解熔融氯化物的方法获得D解析

性质越稳定的金属,越容易被冶炼,根据人类掌握的冶炼技术,金属的发现与金属的活动性有关,A正确;Mg在CO2或N2中能燃烧,所以电解法获得镁时,不可在CO2或N2中降温冷却,B正确;热还原法冶炼金属常用的还原剂有CO、H2、C、Al等,C正确;金属Na、Mg均能通过电解熔融氯化物的方法获得,但是AlCl3为共价化合物,熔融时不导电,D错误。123453.下列金属在自然界中以游离态存在的是(

)A.Na B.CaC.Al D.AuD解析

金属在自然界中的存在状态与其活泼程度有关。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。123454.(2024新疆伊犁高一期末)已知高炉炼铁涉及反应:C+O2

CO2、C+CO22CO、3CO+Fe2O3

2Fe+3CO2。下列有关高炉炼铁的说法正确的是(

)A.生成铁的反应是置换反应B.加高炉顶,炉内CO2可完全转化为COC.高炉炼铁可得到纯铁D.也可通过铝热反应制备铁单质D12345解析

生成铁的反应是铁的氧化物与CO反应生成Fe和CO2,不属于置换反应,A项错误;焦炭与CO2反应生成CO的反应是可逆反应,B项错误;高炉炼铁得到的是生铁,是铁碳合金,C项错误;也可通过铝热反应制备铁单质,这体现了铝的强还原性,D项正确。123455.铝热反应原理可以应用在生产上,如用于焊接钢轨等,实验室中铝热反应的实验装置如图所示。(1)该实验步骤如下:用两