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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章,化学与自然资源的,开发利用,第一节,开发利用金属矿物和,海水资源,第,1,课时,金属矿物的开发利用,教学目标定位,1,知识技能,(1),了解金属在自然界中的存在形式。,(2),了解金属冶炼的一般原理及冶炼的一般方法。,(3),掌握铝热反应原理及实验。,(4),了解金属回收和资源保护的意义。,2,过程方法,认识金属冶炼与应用的发展，了解化学在认识物质世界方,面的重要性；了解金属回收的意义，树立资源保护意识。,3,情感态度价值观,以人类对金属冶炼的发展过程为例，不断深化对人类发展,的认识，体会科学探索之路的艰辛，认识和体会化学在自然资,源开发和利用中的意义和作用，认识化学在自然资源综合利用,方面的重要价值。,本课时通过金属冶炼的基本原理，能够使学生认识到化学,是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成,金属单质的唯一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件,是选择金属冶炼方式的主要依据。通过一些实验、思考和讨,论，能够帮助学生认识金属冶炼过程往往需要消耗大量的能,量，也容易造成严重的环境污染，从而使学生充分理解改进工,艺条件、节能降耗、回收废旧金属等，就成为与冶炼金属同样,重要的问题，有利于培养学生关心社会、热爱生活的习惯。,课堂教学方案,金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存,在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在,(,如金和铂等,),，多数,金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是,合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过,程就是金属的冶炼过程。,法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴,席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样,子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一,个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而,亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？由于早期炼铝十分,困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至,19,世,纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。,由此我们知道不活泼的金属为什么最早使用，当时简单的,冶炼技术只能冶炼不活泼的金属！而活泼金属则需要的冶炼技,术较为复杂！,那么，怎样从金属矿物中得到金属呢？不同的金属冶炼方,法是否相同呢？,课前预习安排：,1,看教材,P,88,90,，填写【课前自主研习】栏目中的空白，,并完成【合作探究】。,2,建议方式：同学先自主完成，再进行小组讨论交流。,课上教学步骤：,步骤,1,：导入新课，本课时教学地位分析。,步骤,2,：对【合作探究】,1,、,2,进行提问，反馈学生预习效,果。,步骤,3,：师生进行互动【课堂释疑拓展】，完成【探究,1,】。利用【问题导思】的设问作为主线。,步骤,4,：教师通过【例,1,】和教材,P,88,讲解研析，对【探究,1,】,进行讲解。,步骤,5,：指导学生自主完成【巩固掌握,1,】和【当堂自主纠,错】中,1,4,题，验证学生对探究点的理解掌握情况。检验目标,的实现。,步骤,6,：师生互动完成【探究,2,】。可利用【问题导思】中,的问题作为主线。,步骤,7,：通过【例,2,】和教材,P,89,“,铝热反应的实验装置,”,讲,解研析，对【探究,2,】提出的问题进行总结分析。,步骤,8,：指导学生自主完成【巩固掌握,2,】和【当堂自主纠,错】中,5,题。,步骤,9,：指导学生自主总结本课所学知识框架，完成【自主,小结】。安排学生课下完成【课后知能检测】。,A,部分必做，,B,部分交流完成，,C,部分选做。,学习目标定位,课标解读,重点难点,1.,知道根据金属的活动性不同，可,分别采用加热、电解、热还原等方,法冶炼金属,2,能从能量的角度选择金属的冶,炼方法,3,能够书写相关的化学方程式,1.,在掌握金属冶炼原理的基础上，,了解不同金属的冶炼方法,(,重点,),2,了解化学方法在金属矿物开发,中的作用,(,重难点,),课前自主研习,知识,1,金属在自然界的存在形态,1,金、铂等极少数金属以,_,形式存在。,2,绝大多数金属以,_,形式存在。在金属化合物中，,金属元素都显,_,。,【答案】,1.,单质,2.,化合物,正价,【合作探究,1,】,在自然界中，金属为什么大多数以化合态,存在？,【提示】,大多数金属比较活泼，容易与空气中的水、氧气等,反应，故大多数金属以化合物形式存在于自然界中。,知识,2,金属的冶炼和回收利用,1,金属冶炼的定义,将金属从其,_,中还原出来用于生产和制造各种金属,材料的过程在工业上称为金属的冶炼。,2,从金属矿物中提炼金属的一般步骤,富集,除去杂质，提高矿物中有用成分的含量,冶炼,将金属元素还原为单质,精炼,采用适当方法提纯金属,3,金属冶炼的常用方法,冶炼方法,实例,(,写出常见金属冶炼的化学方程式,),热分解法,电解法,热还原法,湿法炼铜,火法炼铜,4.,有效利用金属资源的途径,(1),提高金属矿物的,_,；,(2),减少金属的,_,；,(3),加强金属资源的,_,；,(4),使用,_,代替金属材料。,【答案】,1.,化合物,3,2HgO=,2Hg,O,2,2Ag,2,O=,4Ag,O,2,2NaCl(,熔融,)=,电解,2Na,Cl,2,MgCl,2,(,熔融,)=,电解,Mg,Cl,2,2Al,2,O,3,(,熔融,),=,电解,冰晶石,4Al,3O,2,Fe,2,O,3,3CO=,高温,2Fe,3CO,2,Fe,2,O,3,2Al=,高温,2Fe,Al,2,O,3,Fe,CuSO,4,=FeSO,4,Cu,Cu,2,S,O,2,=,高温,2Cu,SO,2,4,利用率,使用量,回收和再利用,其他材料,【合作探究,2,】,金属冶炼的本质是什么？,【提示】,金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原。,【合作探究,3,】,铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么,人类对铝的使用比铁、铜晚的多？,【提示】,铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们,的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜,晚的多。,课堂释疑拓展,探究,1,金属的冶炼,1,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,人类历史上出现的相对晚一些。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,能否用电解,AlCl,3,的方法冶炼,Al,？工业上利用电解熔融,MgCl,2,来制取,Mg,，而,MgO,比,MgCl,2,更易获得，为什么不电解熔,融,MgO,制取镁呢？,(MgO,的熔点：,2,852,，,MgCl,2,的熔点：,712,),【提示】,不能，因为,AlCl,3,是共价化合物，熔融时无法电离,出自由移动的离子，不导电。由于,MgO,的熔点远远高于,MgCl,2,的熔,点，将,MgO,熔融需要能量较多，所以采用电解熔融,MgCl,2,的方法制,取,Mg,。,3,金属的冶炼必须在高温下进行吗？,【提示】,不一定，加热法冶炼金属是因为这些化合物不稳,定，受热易分解，这就不需太高的温度，而热还原法往往在高温下,进行，电解法要看被电解物质的具体情况。很活泼的金属要电解熔,融物，就要高温。有的是电解某些溶液，如电解精炼铜，对溶液电,解则不需高温。,【温馨提醒】,(1),分析金属活泼性顺序表可知，金属越活,泼越容易失去电子，而其对应离子就越难得电子，也就是越难,被还原成单质，金属冶炼时需要的条件越苛刻。,(2),金属的冶炼方法通常用电解法、高温还原法和热分解,法。,【典题例练,1,】,冶炼金属一般有下列,4,种方法：焦炭法,水煤气,(,或氢气、一氧化碳,),法,活泼金属置换法,电解,法。这,4,种方法在工业上均有应用。古代有：,.,火烧孔雀石炼,铜；,.,湿法炼铜。现代有：,.,铝热法炼铬；,.,从光卤石,(MgCl,2,6H,2,O),中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是,(,),A,，,B,，,C,，,D,，,【解析】,金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的,状态、金属活动性等有关，需要在理解的基础上加以记忆。,、,、,、,发生的反应分别是：,.Cu,2,(OH),2,CO,3,=,2CuO,CO,2,H,2,O,C,2CuO=,2Cu,CO,2,.Fe,CuSO,4,=FeSO,4,Cu,.2Al,Cr,2,O,3,=,高温,Al,2,O,3,2Cr,.,先从光卤石中提取,MgCl,2,，再电解熔融的,MgCl,2,：,MgCl,2,(,熔融,)=,电解,Mg,Cl,2,。,则,属于方法,，属于方法,，属于方法,，属于,方法,。综上分析，,B,选项不正确。,【答案】,B,规律方法,选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和,金属的活泼性强弱。在金属活动性顺序中，金属的位置越靠,后，越容易被还原；金属的位置越靠前，越难被还原。,金属活动性顺序表中,K,Al,之间的活泼金属多用电解法制取,其金属单质；,Zn,Cu,之间的中等活泼金属常用普通还原剂,(,如,C,、,CO,、,H,2,等,),还原法；,Hg,、,Ag,等不活泼金属常用热分解其化,合物制取；,Pt,、,Au,等金属在自然界中主要以单质形式存在，可,用物理方法分离得到。,1,下列各种冶炼方法中，可制得相应的金属的是,(,),A,加热氧化铝,B,加热碳酸钙,C,电解熔融氯化钠,D,氯化钠与铝粉高温共热,解析,铝为活泼金属，氧化铝受热很难分解，加热氧化铝,不能制得铝，,A,项不正确；钙的化学性质活泼，加热碳酸钙可得,到分解产物氧化钙，无法制得金属钙，,B,项不正确；电解熔融的,氯化钠可制得金属钠，,C,项正确；钠比铝活泼，氯化钠与铝不反,应，,D,项不正确。,答案,C,探究,2,热还原法冶炼金属的理解,1,热还原法常用的还原剂有哪些？,【提示】,焦炭、,CO,、,H,2,、,Al,等。,2,热还原法有哪些优缺点？,【提示】,用,C,作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭和含,碳化物，得不到纯度较高的金属。,用,CO,作还原剂冶炼金属时，,CO,一般在冶炼炉中通过下列反应生成：,C,O,2,=,高温,CO,2,，,CO,2,C,=,高温,2CO,，所以用,CO,还原剂冶炼得到的金属中混有杂质,C,，纯,度不高。,用,H,2,作还原剂时，生成产物,H,2,O,在高温下以,H,2,O(g),蒸发,出去，使制得的金属纯度较高，但成本也较高。,用铝热反应冶炼,金属，克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难冶炼的问题，但是,成本较高。,3,铝热反应中镁条的作用是什么？,KClO,3,的作用是什么？,【提示】,镁条为引燃剂，产生的热能用来引发反应。而,KClO,3,在受热状态下发生分解提供氧气，使镁条快速充分燃烧，从,而放出很多热量，即提供高温使,Fe,2,O,3,和铝粉发生热还原反应。,1,实验,实验操作,实验现象,镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁粉末和铝粉在较,高温度下发生剧烈的反应。反应放出大量的热，并发生耀,眼的白光。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中,涉及反应,2Mg,O,2,=,点燃,2MgO,Fe,2,O,3,2Al=,高温,Al,2,O,3,2Fe,实验结论,在高温下，铝与,Fe,2,O,3,发生反应，放出大量的热,2.,铝热反应,概念,铝和一些较不活泼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,(Fe,3,O,4,、,Cr,2,O,3,、,V,2,O,5,等,),组成的,混合物,反应特点,在高温下进行，反应迅速并放出大量热，新制的金属单,质呈熔融态且易与,Al,2,O,3,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,其他铝热反应方程式：,3MnO,2,4Al=,高温,3Mn,2Al,2,O,3,Cr,2,O,3,2Al=,高温,2Cr,Al,2,O,3,3Co,3,O,4,8Al=,高温,9Co,4Al,2,O,3,【温馨提醒】,(1),镁条、铝粉表面要没有被氧化，且氧化,铁粉末要干燥。,(,2),要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定,用水润湿，以防高温物质从四周溅出。,【典题例练,2,】,如图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏,斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层纸漏斗取出，在底,部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁,圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把,5,g,炒干的氧化铁粉末和,2,g,铝,粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加上少量氯酸钾并在混合物,中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。,通过以上实验信息，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,(,填写在横线上,),：,_,。,镁条剧烈燃烧,放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射,纸漏斗的下部被烧穿,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：,_,。,【解析】,(1),铝热反应为,2Al,Fe,2,O,3,=,高温,2Fe,Al,2,O,3,，该,反应中,Fe,2,O,3,作氧化剂，,Al,作还原剂。,(2),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，蒸发皿内盛细,沙；,反应中镁条引起氯酸钾分解；,氯酸钾引发铝热反应。,【答案】,(1)Fe,2,O,3,2Al,=,高温,Al,2,O,3,2Fe,Fe,2,O,3,Al,铝热,(2),(3),使熔融物易于落下,防止溅落物炸裂蒸发皿,引燃剂，,提供铝热反应所需热量,助燃剂，提供镁条燃烧所需氧化剂,规律方法,铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且,熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有,Al,和比,Al,活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热,剂，注意,Al,和,MgO,组成的混合物不能称之为铝热剂。,2,下列对铝热反应的说法错误的是,(,),A,铝能用来冶炼难熔金属,(,如,Cr,、,V,、,Mn,等,),，因为铝热剂,中铝是还原剂，且在反应中放出大量热,B,铝热剂是纯净物,C,铝与,Fe,2,O,3,可组成铝热剂,D,铝热反应是放热反应,解析,活泼的金属可作还原剂，将相对不活泼的金属还原,出来，铝作还原剂，且铝热反应放出大量的热，使炼得的金属,变为液态，便于分离；,Al,和,Fe,2,O,3,可组成铝热剂，属于混合物，,B,项错误。,答案,B,【教师备课资源】,教师用书独具,铝的冶炼史,1825,年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。,1827,年，德国,化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太,昂贵了，所以不允许大规模地生产铝。又过了,27,年，法国化学,家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪着金属光泽,的小铝球。因此在,19,世纪，铝是一种珍贵的金属，它的价格同,黄金相当。,1884,年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯,马,丁,霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教,授,(,这位教授正是维勒的学生,),说：,“,不管谁能发明一种低成本的,炼铝法，都会出人头地。,”,这使霍尔意识到只有探索廉价的炼,铝方法，才能使铝被普遍应用。霍尔在自己家里的柴房中办一,个家庭实验室，经过两年的不断探索终于在,1886,年,2,月的一天，,他终于看到小球状的铝聚集在阴极上，后来，这些铝球竟成为,“,王冠宝石,”,，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。,还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年,轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝,法。霍尔与埃鲁在遥远的两大洲，同年来到人世,(1863,年,),又同年,发明了电解炼铝法,(1886,年,),。虽然他们之间曾一度发生了专利权,的纠纷，但后来却成为莫逆之交。,1911,年，当美国化学工业协,会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参,加了授奖仪式。亲自向霍尔表示祝贺。,或许是上天的旨意，,1914,年，这两位科学家又都相继去,世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃,鲁的名字联在一起。,当堂自主纠错,1,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,A,2HgO=,2Hg,O,2,热分解法,B,2Al,2,O,3,(,熔融,)=,电解,冰晶石,4Al,3O,2,电解法,C,Cu,2,S,O,2,=,高温,2Cu,SO,2,热分解法,D,Fe,2,O,3,2Al=,高温,2Fe,Al,2,O,3,热还原法,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,项正确。,C,项错,误，,C,项为火法炼铜。,答案,C,2,从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁,器时代，铝的利用是近几百年的事。下列跟这个先后顺序有关,的是,(,),地壳中金属元素的含量,金属活动性顺序,金属的导电性,金属冶炼的难易程度,金属的延展性,A,B,C,D,解析,金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度。,答案,D,3,金属冶炼的实质是,(,),A,金属元素失去电子,B,金属元素获得电子,C,金属元素被氧化了,D,金属元素可能被氧化了，也可能被还原了,解析,大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在，其化合,价为正价，在冶炼过程中得电子被还原，故,B,项正确。,答案,B,4,电解无水,MgCl,2,所得镁蒸气冷却后即得固体镁。镁可在,下列哪种气体氛围中冷却,(,),A,H,2,B,CO,2,C,O,2,D,空气,解析,Mg,在加热条件下可与,O,2,、,CO,2,反应。故选,A,项。,答案,A,5,下列氧化物不能与铝粉组成铝热剂的是,(,),A,Cr,2,O,3,B,MnO,2,C,V,2,O,5,D,MgO,解析,铝热剂必须是金属铝粉与金属活动性比,Al,弱的金属氧化,物组成，这样才能在引燃后用,Al,将其金属从其氧化物中置换出来。,答案,D,
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