2018-2019学年高中化学 第4章 化学与自然资源的开发利用 第一节 第1课时 金属矿物的开发利用学案 新人教版必修2.docx

第1课时金属矿物的开发利用1以金属矿物开发利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用，体会保护金属资源的重要性。2掌握金属冶炼的一般原理，了解适用于不同金属的冶炼方法。一、金属的冶炼1金属在自然界的存在形式2金属的冶炼原理金属冶炼就是将金属从其化合物中还原出来，其实质是金属化合物中的金属离子得到电子转变为金属单质。3金属的冶炼方法(用化学方程式表示)二、金属资源的合理开发利用1合理开发利用金属资源金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。2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。1下列有关金属的说法中，不正确的是()A青铜、不锈钢都是合金B铜在空气中会生成铜锈C多数合金的熔点高于组成它的成分金属的熔点D铝是活泼金属，但在空气中耐腐蚀解析：A项青铜中含有Sn，不锈钢中含有Cr、Ni，故二者为合金，正确；B项Cu在空气中会生成绿色的Cu2(OH)2CO3，正确；C项多数合金的熔点低于各组成的成分金属的熔点，错误；D项Al在空气中，表面会生成致密的Al2O3层，阻止内部的Al与O2接触，从而在空气中耐腐蚀，正确。答案：C2(2018雅安市期末)下列金属用热还原法冶炼的是()A钠B银C铁D汞解析：钠通常用电解熔融的NaCl来制取，A错误；银、汞用热分解法制取，B、D错误；铁用热还原法冶炼，C正确。答案：C3判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)根据金属在自然界中含量不同选择不同的冶炼方法。()(2)电解法冶炼铝时，用AlCl3作原料。()(3)利用铝热反应可冶炼金属铁。()(4)化合态的金属元素被还原时，一定得到相应的金属单质。()(5)金属银可用加热分解法冶炼。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)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 AlZn Fe Sn Pb CuHg AgPt Au单质还原性(原子失e)强弱阳离子氧化性(离子得e)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，加热加热物理方法1金属冶炼方法的选择依据是：金属在自然界中的存在形式和金属的活动性。2金属越活泼，越难被还原，制备成本越高；在金属活动顺序表中金属的位置越靠后，越容易被还原，制备成本越低。所以人类对金属使用的顺序是：铜、铁、铝、钛等。3电解法冶炼活泼金属时，不能电解其盐(碱)溶液，只能电解其熔融盐或氧化物(离子化合物)。例如，采用电解法冶炼铝的材料是Al2O3，冶炼镁的材料是MgCl2。4热还原法冶炼金属时选用C、CO、H2、Al等作还原剂的优缺点。优点缺点C资源丰富、价格低廉、成本低炼得的金属中往往含有少量的碳，同时产生的碳的氧化物会污染环境CO用CO作还原剂冶炼金属时，CO通过下列反应生成；CO2CO2，CO2C2CO，所以用CO作还原剂炼得的金属中混有杂质碳，纯度不高H2炼得的金属纯度高工业成本高Al可以冶炼熔点高，难以冶炼的金属工业成本高下列说法中正确的是()A一种金属只能用一种方法冶炼B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化D金属的冶炼原理，主要是根据金属活动性的不同，选取不同的冶炼方法【解析】很多金属有多种冶炼方法，如铜有热还原法，湿法冶炼等，A项错误；冶炼金属不一定要加入还原剂，如热分解法冶炼Ag、Hg等，电解法冶炼钠、镁等，B项错误；金属由化合态变为游离态，都是由高价降低到0价，故一定被还原，C项错误；金属活动性不同，化合态金属元素得电子能力差异很大，选取的冶炼方法也不同，D项正确。【答案】D(2018佛山市第一中学期中)下列反应原理中，不符合工业冶炼金属实际情况的是()A2HgO2HgO2B4Al3MnO22Al2O33MnC2MgO2MgO2D4COFe3O43Fe4CO2解析：Hg活动性较弱，用热分解的方法冶炼，A正确；Mn是比较活泼的金属，用热还原的方法冶炼，B正确；Mg是活泼的金属，用电解的方法冶炼，C错误；Fe是比较活泼的金属，用热还原的方法冶炼，D正确。答案：C铝热反应实验装置实验现象当外露部分镁条刚刚燃烧完时，纸漏斗内的混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量白烟。纸漏斗被烧破，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原因分析镁条燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应2AlFe2O32FeAl2O3，生成的铁在高温下呈熔化状态实验结论在高温条件下，铝与氧化铁发生置换反应，并放出大量的热注意事项镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末要干燥；氯酸钾的作用是提供氧气，使镁条充分燃烧，故氯酸钾应放在混合物上面；Fe2O3与Al的质量比应控制在31，且两者要混合均匀，以保证二者均完全反应；要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防止高温物质从四周溅出；蒸发皿中要放适量细沙，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融物溅出伤人；实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤1铝热反应的原理为：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。注意另一种金属在金属活动顺序表中必须排在铝之后。2铝热反应的作用：冶炼难熔的相对不活泼的金属，如V、Cr、Mn等。焊接钢轨。某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究，对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。已知Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔、沸点数据如下表：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 565沸点/2 4672 9802 750请回答下列问题：(1)氧化铁与铝反应的化学方程式为_，该反应中氧化剂为_。(2)某同学推测，铝热反应所得到的熔融物可能是铁铝合金。理由是_。(3)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验用的试剂是_，反应的离子方程式是_。【解析】(1)氧化铁与铝发生铝热反应，该反应方程式为2AlFe2O32FeAl2O3，反应中Fe2O3中的铁元素化合价由3价降低到0价，Al元素化合价由0价升高到3价，该反应中Al作还原剂，Fe2O3作氧化剂。(2)根据表中所列熔点数据可知，铝的熔点低于铁的熔点，故当铁熔化时，一些铝与铁熔合在一起形成铝铁合金。(3)要证明铁铝合金中有铝，根据Al、Fe的性质来分析，可选择NaOH溶液来验证Al的存在。【答案】(1)2AlFe2O32FeAl2O3Fe2O3(2)铝热反应放出大量的热，能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，故熔融物可能是液态的铁铝熔合形成的合金(3)NaOH溶液2Al2H2O2OH=2AlO3H2现有下列金属：铁；镁；锰；钒；铬，其中可用铝热法制备的有()ABCD解析：可用铝热法制备的金属，在金属活动顺序表中应排在铝之后，故镁不可用铝热法制备。利用排除法可得答案C。答案：C1.下列金属在自然界中以游离态存在的是()ANaBMgCAlDAu解析：活泼金属在自然界以化合态存在，极少数金属如Au、Pt以游离态形式存在。答案：D2下列说法错误的是()A不锈钢、硬铝都是合金B金属元素的单质在常温下均为固体C工业上用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁D镁、铝都是活泼金属，一定条件下均可与某些氧化物发生反应解析：A项不锈钢中含有Fe、C、Ni、Cr，硬铝中含有Al、Mg，故两者均为合金，正确；B项常温下Hg为液体，错误；Mg为活泼金属，工业上用电解熔融MgCl2来制取镁，C项正确；D项铝在高温下可与Fe2O3等发生铝热反应，镁在点燃条件下可与CO2反应，正确。答案：B3我国古代的湿法冶金术是世界闻名的。我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼出来的金属是()AFeBCuCAgDHg解析：根据我国西汉时的炼丹家刘安所著的淮南万毕术中记载：“曾青得铁，则化为铜”，该表述意思是说铜的可溶性盐遇到铁时，就有铜生成，实质就是铁与可溶性铜盐反应生成铜。这一发现要比西方国家早1 700多年。答案：B4(2018绵阳市南山中学期末)下列有关金属的工业制法中，正确的是()A以海水为原料制得精盐，再电解精盐的水溶液制取钠B用海水、石灰乳等为原料，经一系列过程制得氧化镁，用 H2还原氧化镁制得镁C以铁矿石、焦炭、空气、石灰石等为原料，通过反应产生的CO在高温下还原铁矿石制得铁D从铝土矿中获得氧化铝再制得氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝解析：工业制钠是电解熔融NaCl而不是电解NaCl溶液，A错误；镁的还原性比氢气的还原性强，不能用氢气还原氧化镁制取镁，工业制镁是电解熔融氯化镁，B错误；工业上常用CO在高温下还原铁矿石炼铁：3COFe2O32Fe3CO2，制得铁，因为炼铁的矿石中含有一定量的二氧化硅，所以石灰石的作用是将二氧化硅等杂质转变为炉渣而除去，C正确；熔融状态下氯化铝不导电，所以从铝土矿中获得氧化铝再电解熔融的氧化铝来获取金属铝，D错误。答案：C5.铝热反应常用来焊接钢轨。右图为实验室进行铝热反应的装置，点燃镁条，反应过程中看到熔融物落入蒸发皿的沙子中。则下列有关说法中正确的是()A金属氧化物与铝都能发生铝热反应B该装置所用的漏斗是玻璃漏斗C反应中观察到熔融物落入蒸发皿中，表明该反应是放热反应D加氯酸钾的目的是用氯酸钾来氧化铝粉解析：A项Al能与在金属活动顺序表中排在Al后面的金属氧化物发生铝热反应，错误；B项所用的漏斗为纸质的，错误；C项正确；D项KClO3可提供O2，为引燃剂，使Mg充分燃烧，提供Al与Fe2O3反应的条件，错误。答案：C1热还原法冶炼金属的反应一定是()A氧化还原反应B置换反应C复分解反应D分解反应解析：热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3COFe2O32Fe3CO2，热还原法冶炼金属，金属元素由化合态转化为游离态，一定是氧化还原反应，故选A项。答案：A2(2018平顶山市期末)下列说法中正确的是()A电解NaCl溶液、熔融态的氯化镁可制得相应的金属单质B工业上可用含Cu2S的矿石和氧化剂O2反应冶炼CuC铝热反应可用于冶炼高熔点金属，如K、Ca、Cr、Mn等D工业电解熔融态的Al2O3制Al时，加冰晶石的主要作用是提高Al的产量解析：电解 NaCl 溶液得到氢氧化钠、氢气和氯气，电解熔融态的氯化镁可制得镁和氯气，A错误；工业上可用Cu2S和O2反应制取粗铜，发生的氧化还原反应为Cu2SO2=2CuSO2，B正确； 铝热反应不能用于冶炼K、 Ca等活泼金属，C错误；工业电解熔融态的Al2O3制Al时，加冰晶石的主要作用是降低Al2O3的熔化温度，不能提高Al的产量，D错误。答案：B3用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1 mol，消耗铝最少的是()AMnO2BWO3CFe2O3DV2O5解析：MnO2Mn，生成1 mol Mn，需要得到4 mol电子，消耗 mol Al；WO3W，生成1 mol W，需要得到6 mol电子，消耗2 mol Al；Fe2O32Fe，生成1 mol Fe，需要得到3 mol电子，消耗1 mol Al；V2O52V，生成1 mol V，需要得到5 mol电子，消耗 mol Al，故制得金属各1 mol消耗铝最少的是Fe2O3，选C项。答案：C4利用金属的活泼性不同，冶炼镁、铁、汞分别应采用的方法是()A热还原法、热分解法、电解法B电解法、热还原法、热分解法C热分解法、热还原法、电解法D电解法、热分解法、热还原法解析：冶炼镁用电解法，冶炼铁用热还原法，冶炼汞用热分解法，故选B项。答案：B5从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。这个先后顺序跟下列有关的是()地壳中的金属元素的含量金属活动性顺序金属导电性金属冶炼的难易程度金属的延展性ABCD解析：金属的活动性决定了金属冶炼的难易程度，金属越活泼，其金属离子得到电子被还原成金属原子越困难，则金属单质的使用年代越晚。答案：D6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热分解法B热还原法C电解法D铝热法解析：锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，故冶炼锂应选用电解法，选C项。答案：C7冶炼金属常用以下几种方法：以C、CO或H2作还原剂还原以较活泼金属Na、Mg等还原利用铝热反应原理用Al还原电解法热分解法下列金属各采用哪种方法还原最佳。(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属_。(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属_。(3)Hg、Ag等不活泼金属_。(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属_。(5)K、Rb、Cs、Ti等金属通常还原方法是_。解析：根据每种金属的特点，应选择最佳方案。其中(5)K、Rb、Cs、Ti中制取K利用的原理比较特别，不是用活泼金属置换不活泼金属，而是平衡的原理，如NaKClNaClK，抽离钾蒸气此反应得以继续进行。而Ti是用Na来置换的：4NaTiCl4(熔融)4NaClTi或用Mg来置换：2MgTiCl4(熔融)=2MgCl2Ti。答案：(1)(2)(3)(4)(5)8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_(把序号填写在横线上)。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：_。(4)若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？_(填“能”或“不能”)，理由是_。解析：(1)该铝热反应为2AlFe2O32FeAl2O3，该反应中Fe2O3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，蒸发皿内盛沙子；反应中镁条引起氯酸钾分解；氯酸钾引发铝热反应。(4)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出镁。答案：(1)Fe2O32AlAl2O32FeFe2O3Al铝热(2)(3)使熔融物易于落下防止溅落物使蒸发皿炸裂引起氯酸钾分解引发铝热反应(4)不能镁比铝活泼，铝不能置换镁1下列反应中，通过置换反应得到金属单质的是()A铜浸入氯化铁溶液中B一氧化碳通过炽热的氧化铜C焦炭与石英混合高温加热D四氯化钛与金属钠混合加热至熔融解析：A项Cu浸入氯化铁溶液中发生反应Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2，该反应不是置换反应；B项一氧化碳通过炽热的氧化铜发生反应COCuOCuCO2，该反应不是置换反应；C项焦炭与石英混合高温加热，硅还原SiO2得到硅单质，该反应为置换反应，但硅为非金属，不符合题意；D项四氯化钛与金属钠混合加热至熔融，发生反应TiCl44NaTi4NaCl，该反应为置换反应，故选D项。答案：D2下列说法正确的是()A自然界中所有金属都以化合态形式存在B化学史上，金、银、铜发现较早，钾、钠、铝发现较迟是因为前者自然界含量高，后者含量低C废旧金属处理的最好办法是深埋D冶炼金属的一般步骤是：富集冶炼精炼解析：排在金属活动顺序表后面的极少数的不活泼金属如金、铂等在自然界中可以游离态形式存在，金属活动性差的金属可用热分解或还原法冶炼，且冶炼越容易，发现越早，A、B项不正确；废旧金属的处理常见方法是回收再利用，以便节省资源减少污染，C项错误；只有D项正确。答案：D3赤铜矿的主要成分是氧化亚铜(Cu2O)，辉铜矿的主要成分是硫化亚铜(Cu2S)，将赤铜矿与辉铜矿混合加热有如下反应：Cu2S2Cu2O6CuSO2。下列对于该反应的说法，正确的是()A该反应中的氧化剂只有Cu2OBCu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂CCu既是氧化产物又是还原产物D氧化产物与还原产物的物质的量之比为61解析：Cu2S中Cu为1价，S为2价，Cu2O中Cu为1价；生成物中Cu为0价，SO2中S为4价；根据元素化合价变化可知，Cu2S既是氧化剂又是还原剂，Cu2O只是氧化剂，Cu是还原产物，SO2是氧化产物。答案：B4实验室欲使1.6 g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为()A336 mLB672 mLC小于336 mLD大于672 mL解析：根据反应3COFe2O32Fe3CO2可知，1.6 g Fe2O3完全反应消耗0.03 mol CO，其标准状况下的体积672 mL，但反应过程中气体与固体反应不充分，反应前要先通一会CO排尽装置中的空气，反应后生成的铁要在CO气氛中冷却，故CO实际用量大于672 mL，选D项。答案：D5黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫和铁的化合物。(1)冶炼铜的反应为8CuFeS221O28Cu4FeO2Fe2O316SO2，若CuFeS2中Fe的化合价为2，反应中被还原的元素是_(填元素符号)。(2)上述冶炼过程产生大量SO2，下列处理方案中合理的是_(填序号)。a高空排放b用于制备硫酸c用纯碱溶液吸收制Na2SO3d用浓硫酸吸收(3)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为：用稀盐酸浸取炉渣，过滤。滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤，干燥、煅烧得Fe2O3。根据以上信息回答下列问题：a除去Al3的离子方程式是_。b选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。提供的试剂：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。所选试剂为_。证明炉渣中含有FeO的实验现象为_。解析：(1)分析方程式中各元素化合价可知：Cu由2价0价，O由0价2价，铜元素、氧元素在反应中被还原。(2)二氧化硫污染环境，不能排入空气中。浓硫酸不能吸收SO2，也不能消耗SO2。可以“变废为宝”制硫酸，也可以用纯碱吸收制Na2SO3。(3)Al3与过量NaOH溶液反应生成NaAlO2溶液，而Fe3与NaOH溶液反应生成Fe(OH)3沉淀，过滤，将Al3除去，反应的离子方程式为Al34OH=AlO2H2O。若要证明炉渣中含有FeO需要首先将其溶解，生成可溶性的亚铁盐，结合试剂分析可知，将该溶液加入到KMnO4溶液中，亚铁离子具有强还原性，因此，可以使KMnO4溶液褪色，故选用的试剂是稀硫酸和高锰酸钾溶液。答案：(1)Cu、O(2)bc(3)a.Al34OH=AlO2H2Ob稀硫酸、KMnO4溶液稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO4溶液褪色