第八章 第一节 第1课时 金属矿物的开发利用 课件(共40张PPT) 人教版高中化学必修2

(共40张PPT)
第1课时　金属矿物的开发利用
第八章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.了解金属在自然界中的存在形式,依据金属的活动性顺序,掌握不同金属冶炼的一般方法和原理。
2.了解金属回收和资源保护的意义,体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用,提升科学态度与社会责任等学科核心素养。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
一、金属在自然界中的存在形态
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二、金属的冶炼
冶炼方法与金属的活动性有关　　　　
金属的冶炼是将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来,用于生产各种金属材料的过程。
1.热分解法
适用于不活泼金属的冶炼。请写出下列反应的化学方程式。
2.电解法
适用于非常活泼金属的冶炼。请补全下列反应的化学方程式。
铝的生产原理示意图如下:
3.高温还原法
适用于大部分中等活泼的金属,常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、一些活泼金属等。请完成下列冶炼金属的化学方程式。
【微思考】除了上述方法外,你还能列举出哪些获得金属铜的方法
三、有效利用金属资源的途径
1.提高金属矿物的利用率。
2.减少金属的使用量。
3.加强金属资源的回收和再利用。
4.使用其他材料代替金属材料。
【自我检测】
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)在自然界中金属都以化合态存在。(　　)
(2)金属冶炼过程中,金属化合物得到电子发生氧化反应。(　　)
(3)铝热剂是纯净物,铝热反应是放热反应。(　　)
(4)金属阳离子被还原,一定会得到金属单质。(　　)
(5)工业上电解MgCl2溶液制取Mg。(　　)
×
×
×
×
×
2.(2021河北邯郸高一期末)下列有关金属冶炼的说法不正确的是(　　)
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠
②银可以采用热分解法,即通过加热Ag2O制得
③用电解法冶炼铝时,原料是氯化铝
④高炉炼铁中利用焦炭直接将铁矿石还原为铁单质
⑤工业上可以用铝热反应来冶炼某些熔点较高的金属,如铬、锰
A.③④ B.①③ C.①②④ D.③⑤
答案 A
解析 氯化铝是共价化合物,熔融态氯化铝不导电,工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝,③错误;高炉炼铁过程中,利用焦炭生成还原气(CO),再利用CO还原铁矿石得到单质铁,④错误。
课堂篇 素养提升
任务一
金属的冶炼原理
【问题探究】
化学科学的发展是推动人类文明进步的重要动力。金属冶炼技术的进步是人类文明进步的重要体现。
1.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 不是;金、铂等可采用物理富集的方法获得,不发生化学反应。
2.写出图中冶炼金属时涉及反应的化学方程式,指出金属元素化合价的变化,并总结归纳金属冶炼的实质。
3.金属的冶炼方法与金属的活动性顺序有什么关系 用数轴表示出二者之间的关系。
提示
【深化拓展】
1.金属冶炼方法的选择
极少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在,如金、铂等;绝大多数金属元素以化合态形式存在于自然界。金属越不活泼,从其化合物中还原出来越容易;金属越活泼,从其化合物中还原出来越困难。
2.金属冶炼方法与金属活动性顺序的关系
活动性顺序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au
单质还原性(原 子失电子能力) 强→弱 阳离子氧化性 (离子得电子能力) 弱→强 金属冶炼方法 电解熔融 盐或氧化物 热还原法 热分 解法 富集法
还原剂或特殊措施 直流电提供电子 H2、CO、 C、Al等,加热(△) 加热 (△) 常采用物理方法
【素能应用】
典例1下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　)
答案 C
解析 活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼,故A、B、D三项正确。C项错误,C项为火法炼铜。
【变式设问】
利用铝为还原剂,能否将金属钠从氧化钠中还原出来 为什么
提示 不能;钠的还原性强于铝,故铝不能将金属钠从氧化钠中还原出来。
规律方法金属冶炼的注意事项
1.采用热分解法冶炼的金属的化合物通常不稳定,受热易分解,不需要太高的温度;而热还原法往往在高温下进行,电解法的温度视反应物的熔点而定。
2.金属冶炼的其他方法
(1)物理法:适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属,如金常用水洗法获得。
(2)湿法冶金:利用溶液中发生的化学反应,对原料中的金属进行提取和分离的方法,如湿法炼铜Fe+CuSO4 === FeSO4+Cu。
(3)火法炼铜:Cu2S+O2 2Cu+SO2。
变式训练1(2021山东临沂兰山区高一期末)冶炼金属一般有以下几种方法:①热分解法;②焦炭法;③水煤气法(CO或H2);④活泼金属置换法;⑤电解法。这几种方法各有优缺点,它们在工业上均有应用。古代有:a.火烧孔雀石炼铜,b.湿法炼铜;现代有:c.铝热法炼铁,d.光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是(　　)
A.a—② B.b—③
C.c—④ D.d—⑤
答案 B
任务二
铝热反应
【问题探究】
1.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,使熔融的铁水流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢地黏结在一起。你知道其工作原理吗
用铝热剂焊接铁轨　　
提示 高温条件下,铝粉与氧化铁发生铝热反应:
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3。
2.铝热反应实验装置如图,其中镁条和氯酸钾分别有什么作用
提示 点燃镁条用来提供引发铝热反应的热能,氯酸钾的作用是分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧。
【深化拓展】
1.铝热反应
定义 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
原理 Al作还原剂,另一种氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来
铝热剂 铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物
引发操作 在铝热剂上放KClO3,插上镁条并点燃镁条
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分离
应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属,如V、Cr、Mn等;焊接钢轨等
2.铝热反应实验注意事项
(1)镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃。
(2)氧化铁粉末要干燥,铝粉要没有被氧化,否则难以反应。
(3)蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。
(4)确保实验装置与人之间有一定安全距离,防止受伤。
【素能应用】
典例2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,并发出耀眼的光芒,火星四射　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
(3)写出下列操作或物质的作用:
内层纸漏斗底部剪一个孔:　　　　　　　　;蒸发皿盛沙:　　　　　　　　;镁条:　　　　　　　　;氯酸钾:　　　　　　　　。
答案 (1)2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3　Fe2O3　Al
铝热　(2)①②③④
(3)使熔融物易于落下　防止溅落物炸裂蒸发皿　燃烧放热,促使氯酸钾分解,引发铝热反应　分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧
解析 (1)该铝热反应为2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3,该反应中Fe2O3作氧化剂,Al作还原剂。
(2)①②③④全为该铝热反应的现象。
(3)铝热反应实验中为使熔融物易落下,通常在内层纸漏斗底部剪一个孔;为防止溅落物炸裂蒸发皿,在蒸发皿内加入适量沙子;反应中镁条燃烧提供热量,使氯酸钾分解,引发铝热反应;氯酸钾受热分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧。
【变式设问】
若将氧化铁换成氧化镁、氧化铜,能否完成相应实验操作 请说明理由。
提示 CuO可以,MgO不可以;金属的还原性:Mg>Al>Cu,故高温下Al可将CuO还原成Cu,但不能还原MgO。
变式训练2(2021湖南雅礼中学高一期末检测)铝热反应有广泛的用途,实验装置如图1所示。下列说法正确的是(　　)
A.铝热反应的能量变化可用图2表示
B.工业上可用铝热反应的方法制取钠
C.在铝热反应过程中没有涉及的化学反应类型是化合反应
D.该铝热反应的化学方程式是8Al+3Fe3O4 4Al2O3+9Fe
答案 A
解析 铝热反应是放热反应,则反应物的总能量高于生成物的总能量,符合题图2能量变化,A正确;工业上制取钠时,采用电解熔融NaCl的方法,B错误;铝热反应过程中,Mg与O2发生化合反应生成MgO,C错误;氧化铁是Fe2O3而不是Fe3O4,D错误。
随堂检测
1.(2021辽宁大连八中高一检测)下列金属的工业制法正确的是(　　)
A.制钛:用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液中的钛
B.炼铁:用焦炭和空气反应生成的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁
C.制钠:用海水为原料制得精盐,再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠
D.炼铜:用黄铜矿经电解精炼得到铜
答案 B
解析 钠能与水反应,应该用金属钠置换出熔融氯化钛中的钛,A错误;CO具有较强的还原性,工业上用CO还原铁矿石得到铁,B正确;电解熔融NaCl可得到金属钠,电解氯化钠溶液得不到钠,C错误;可利用黄铜矿与焦炭在高温下反应冶炼铜,D错误。
2.孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3。我国古人用孔雀石和焦炭混合共热的方法炼铜,其冶炼方法属于(　　)
A.热还原法 B.湿法炼铜
C.热分解法 D.电解冶炼法
答案 A
3.(2021湖北孝感高一期末)明代宋应星的《天工开物》中有关于“火法”冶炼锌的工艺记载:“每炉甘石十斤,装载入一泥罐内,……然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红,……。冷定毁罐取出,……,即倭铅也。”下列说法不正确的是(　　)(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌)
A.该冶炼锌的反应属于置换反应
B.“煤炭”中起作用的主要成分是炭
C.冶炼Zn的反应方程式为ZnCO3+2C Zn+3CO↑
D.“倭铅”是指金属锌和铅的混合物
答案 D
4.下列金属冶炼的反应原理,错误的是(　　)
答案 B
解析 K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属不能用普通的还原剂把它们从其相应的氧化物中还原出来,一般采用的是电解熔融盐或氧化物的方法冶炼。
5.冶炼金属常用以下几种方法:①以C、CO或H2作还原剂的热还原法　②铝热反应法　③电解法　④热分解法。下列金属各采用哪种方法冶炼
(1)Fe、Zn等相对较活泼金属　　　(填序号,下同);
(2)Na、Mg、Al等活泼金属　　　　;
(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)③　(3)④　(4)②