吉林省長春市高中化學(xué) 第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 4.1 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源導(dǎo)學(xué)案1新人教版必修2.doc

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第一節(jié)　開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 【課型】 新授課 【課時(shí)安排】2課時(shí) 第一課時(shí) 金屬礦物的開發(fā)利用 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.知道金屬在自然界中的存在形態(tài)，金屬冶煉的一般方法和原理，會(huì)寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。 2.掌握鋁熱反應(yīng)的原理和實(shí)驗(yàn)。 3.了解金屬回收的意義，樹立環(huán)保意識(shí)。 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】了解化學(xué)方法在金屬礦物開發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開發(fā)中的作用。 【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】 學(xué)生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。 【學(xué)法指導(dǎo)】 1.指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，增強(qiáng)其自信心。 2.通過問題討論，培養(yǎng)學(xué)生分析和歸納知識(shí)的能力。 【知識(shí)梳理】 1．金屬元素在自然界中的存在形式 少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬，在自然界中能以 態(tài)存在，如 以及少量的銀和銅。化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬，在自然界中總是以 態(tài)存在。這顯然和金屬的 性緊密相關(guān)。 2．金屬冶煉的原理和實(shí)質(zhì) 金屬冶煉的原理：利用 反應(yīng)的原理，在一定條件下，用 劑或者加熱、電解的方法把金屬 還原為金屬 。 金屬冶煉的實(shí)質(zhì)：金屬離子金屬單質(zhì)，即Mn＋＋ne－―→M。 3．不同金屬適用的冶煉方法 (1)熱分解法：適于冶煉金屬活動(dòng)性順序表中位于氫以后的金屬；像 等不活潑金屬，它們在金屬活動(dòng)性順序表中位于氫的后面，其陽離子得到電子的能力很 ，所以其還原條件也較容易達(dá)到。它們的氧化物受熱就能分解得到單質(zhì)。請你寫出冶煉汞、銀反應(yīng)的化學(xué)方程式： 、 。 (2)電解法：位于金屬活動(dòng)性順序表中氫前面的鉀、鈉、鈣、鎂、鋁等幾種金屬的還原性很 ，這些金屬單質(zhì)都很容易 電子，而其對應(yīng)的陽離子則氧化性很 ，很難 電子，因此用一般的方法和一般的還原劑很難使其從化合物中還原出來，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。請你寫出冶煉鋁、鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。 (3)熱還原法 適用于冶煉位于金屬活動(dòng)性順序表中部的金屬；常用的還原劑有 等，多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法。請你寫出冶煉鐵、鎢、鉛、鉻反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。 。 。 。 4．回收廢舊金屬 (1)回收金屬的意義： 。 (2)廢舊金屬的最好的處理方法是 。 (3)回收金屬的實(shí)例：廢舊鋼鐵用于煉鋼；廢鐵屑用于制鐵鹽；從電影業(yè)、照相業(yè)、科研單位和醫(yī)院X光室回收的定影液中，可以提取金屬銀。 【方法技巧總結(jié)】 1．冶煉方法的總規(guī)律：金屬活動(dòng)性順序表中，金屬的位置越靠后，越容易被還原，用一般的____________法就能使金屬還原；活動(dòng)性居中或不太活潑的用____________法；金屬的位置越靠前，越難被還原，往往采用________法使金屬從礦石中還原出來。 2．學(xué)習(xí)時(shí)結(jié)合金屬活動(dòng)性順序表和氧化還原性強(qiáng)弱順序示意圖加以理解和記憶： 二、鋁熱反應(yīng)： 如下圖所示，用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出，在底部剪一個(gè)孔，用水潤濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5 g炒干的氧化鐵粉末和2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點(diǎn)燃鎂條。 觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實(shí)驗(yàn)信息，回答下列問題。 (1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式： ， 在該反應(yīng)中 是氧化劑， 是還原劑，該反應(yīng)稱為 反應(yīng)。 (2)選出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： (填寫在橫線上)。 ①鎂條劇烈燃燒；②放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒，火星四射；③紙漏斗的下部被燒穿；④有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。 (3)寫出下列操作或物質(zhì)的作用：內(nèi)層紙漏斗底部剪一個(gè)孔： ； 蒸發(fā)皿盛沙： ； 鎂條： ； 氯酸鉀： 。 如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵？ 【方法技巧總結(jié)】 鋁粉和某些金屬氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物叫鋁熱劑，在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)，可用來冶煉難熔的相對較不活潑的金屬(如V、Cr、Mn等)、焊接鋼軌等。 【課上訓(xùn)練】 1．鋁能用于冶煉難熔的金屬(如Cr、V、Mn等)，這不是因?yàn)?　　) A．鋁具有還原性 B．鋁具有導(dǎo)電性 C．鋁較Cr、V、Mn等價(jià)格便宜 D．冶煉反應(yīng)放出大量的熱 2．把鋁粉和氧化亞鐵粉末配成鋁熱劑，分成兩等份。一份在高溫下恰好完全反應(yīng)后，再與足量鹽酸反應(yīng)；另一份直接放入足量的燒堿溶液中充分反應(yīng)。前后兩種情況下生成的氣體的質(zhì)量比是(　　) A．3∶2 B．2∶3 C．1∶1 D．28∶9 3．氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉，下列說法不正確的是(　　) A．電解熔融氯化鈉制取金屬鈉的反應(yīng)中，鈉離子被還原，氯離子被氧化 B．濕法煉銅與火法煉銅的反應(yīng)中，銅元素都發(fā)生還原反應(yīng) C．用磁鐵礦煉鐵的反應(yīng)中，1 mol Fe3O4被CO還原成Fe，轉(zhuǎn)移9 mol e－ D．鋁熱法還原鐵的反應(yīng)中，放出的熱量能使鐵熔化。 4．下面是部分礦物資源的利用及產(chǎn)品流程，有關(guān)說法不正確的是(　　) A．不可用電解AlCl3的方法制備金屬鋁 B．生產(chǎn)鋁、銅、高純硅及玻璃過程中都涉及氧化還原反應(yīng) C．黃銅礦冶煉銅時(shí)，副產(chǎn)物SO2可用于生產(chǎn)硫酸，F(xiàn)eO可用作冶煉鐵的原料 D．由粗硅制取高純硅時(shí)，提純四氯化硅可用多次分餾的方法 5．冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑還原?、谝暂^活潑金屬Na、Mg等還原?、劾娩X熱反應(yīng)原理還原　④電解法?、轃岱纸夥? 下列金屬各采用哪種方法還原最佳。 (1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬 。 (2)Na、Mg、Al等活潑或較活金屬 。 (3)Hg、Ag等不活潑金屬 。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔點(diǎn)金屬 。 (5)K、Rb、Cs、Ti等金屬通常還原方法是 。 【課后作業(yè)】 一、選擇題（請將正確答案寫在答題卡上） 1．我國古代煉丹家魏伯陽所著《周易參同契》是世界上現(xiàn)存最早的一部煉丹專著。書中描寫到：“金入于猛火，色不奪精光。”這句話的意思是指黃金的性質(zhì)在強(qiáng)熱條件下(　　) A．活潑 B．穩(wěn)定 C．易氧化 D．易還原 2．下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．對廢舊金屬的最好處理方法是回收、再利用 B．提煉金屬要經(jīng)過礦石的富集、冶煉、精煉三步 C．活潑金屬的冶煉都是通過電解其鹽溶液 D．熱還原法中還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等 3．除去Cu粉中的Al粉，下列方法不可取的是(　　) A．加入稀H2SO4，過濾 B．加入NaCl溶液，過濾 C．加入NaOH溶液，過濾 D．加入CuSO4溶液，過濾 4．下列物質(zhì)投入溶液中，溶液質(zhì)量減輕的是(　　) A．CaCO3投入到HCl溶液中 B．Na2CO3投入稀硫酸中 C．Fe粉投入CuSO4溶液中 D．Fe粉投入稀HCl溶液中 5．有0.4 g鐵的氧化物，用足量的CO在高溫下將其還原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。這種鐵的氧化物的化學(xué)式是(　　) A．FeO B．Fe2O3 C．Fe3O4 D．FeO和Fe2O3 6．金屬K與Na金屬性相近，用K與鈉鹽共熔時(shí)，很難將Na從混合物中分離。若調(diào)整溫度到一定程度，則可用Na與KCl反應(yīng)制取金屬K。已知四種物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)如下： K Na KCl NaCl 熔點(diǎn)/℃ 63.65 97.8 770 801 沸點(diǎn)/℃ 774 882.9 1 500(升華) 1 431 根據(jù)平衡移動(dòng)原理可推知，用Na與KCl反應(yīng)制K的適宜溫度是(　　) A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃ C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃ 7．下列金屬冶煉原理錯(cuò)誤的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2Mg＋H2O C．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 D．2HgO2Hg＋O2↑ 8．熱還原法冶煉金屬的反應(yīng)一定是(　　) A．氧化還原反應(yīng) B．置換反應(yīng) C．復(fù)分解反應(yīng) D．分解反應(yīng) 9．鋁的活潑性較強(qiáng)，直到十八世紀(jì)人類才開始將Al從它的化合物中冶煉出來。當(dāng)時(shí)鋁價(jià)格十分昂貴，拿破侖的頭盔就是用鋁制作的，現(xiàn)在還保存在大英博物館中，下列冶煉鋁的方法正確的是(　　) A．Al2O3(熔融)Al B．Al2O3AlCl3(熔融)Al C．Al(OH)3Al D．Al2O3Al 10．以輝銅礦(Cu2S)為原料冶煉銅，其反應(yīng)原理可表示為Cu2S＋O22Cu＋SO2。下列說法不正確的是(　　) A．化合價(jià)發(fā)生變化的元素有3種 B．Cu2S在該反應(yīng)中既是氧化劑又是還原劑 C．1 mol O2參加反應(yīng)時(shí)，上述反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總物質(zhì)的量為4 mol D． SO2被分離、回收后氧化生成SO3，作為制取硫酸的原料 二、填空題 11.鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，自遠(yuǎn)古時(shí)代人類就學(xué)會(huì)了煉鐵，到目前為止，人類研制出了很多煉鐵的方法。某研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中模擬工業(yè)煉鐵的過程，實(shí)驗(yàn)裝置如下： (1)寫出得到單質(zhì)鐵的化學(xué)方程式： 。 (2)實(shí)驗(yàn)過程中看到玻璃管內(nèi)的粉末由紅棕色逐漸變黑，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證生成了單質(zhì)鐵： 。 (3)裝置末端氣球的作用為 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO并說明原因 。 12．在某次探究性學(xué)習(xí)中，老師要求同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)室中用氧化銅、稀硫酸和鐵來制取純凈的銅，并用所制得的銅進(jìn)行一系列的探究性實(shí)驗(yàn)。 甲、乙兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)制銅實(shí)驗(yàn)方案。 甲：①CuO溶于適量稀硫酸中； ②在①的溶液中加入稍過量的鐵，充分反應(yīng)后，過濾、烘干，即得純凈的銅。 乙：①鐵與稀硫酸反應(yīng)得氫氣； ②用氫氣還原氧化銅，充分反應(yīng)后即得純凈的銅。 (1)若兩位同學(xué)消耗的稀硫酸和鐵的量分別相同，請判斷他們所制得銅的質(zhì)量大小關(guān)系 (填字母)。 A．相同 B．甲多 C．乙多 D．以上三種情況均有可能 (2)丙同學(xué)認(rèn)為上述兩種方案都難以保證所制的銅的純度，應(yīng)對上述兩種方案加以完善。甲同學(xué)的方案不完善的原因： ， 完善乙同學(xué)的方案的一種方法是將所得的銅粉放入燒杯中，加入 ，不斷攪拌然后 即得到純凈的銅。 13．鈦(Ti)被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，鈦白(TiO2)是目前最好的白色顏料。制備TiO2和Ti的原料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵儲(chǔ)量居世界首位。用含F(xiàn)e2O3的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3)制備TiO2流程如下： (1)步驟①加Fe的目的是 ； 步驟②冷卻的目的是 。 (2)上述制備TiO2的過程中，可以利用的副產(chǎn)物是 ；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中應(yīng)加入 處理。 (3)由金紅石(TiO2)制取單質(zhì)鈦(Ti)，涉及到的步驟為 ―→ 反應(yīng)TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是 。