吉林省長春市高中化學 第四章 化學與自然資源的開發(fā)利用 4.1 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源導學案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 【課時安排】2課時 第一課時 金屬礦物的開發(fā)利用 【學習目標】 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，會寫相關反應的化學方程式。 2.掌握鋁熱反應的原理和實驗。 3.了解金屬回收的意義，樹立環(huán)保意識。 【學習重點】了解化學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。 【學習難點】 學生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。 【學法指導】 1.指導學生閱讀課本，培養(yǎng)學生自學能力，增強其自信心。 2.通過問題討論，培養(yǎng)學生分析和歸納知識的能力。 【知識梳理】 1．金屬元素在自然界中的存在形式 少數(shù)化學性質不活潑的金屬，在自然界中能以 態(tài)存在，如 以及少量的銀和銅?；瘜W性質比較活潑的金屬，在自然界中總是以 態(tài)存在。這顯然和金屬的 性緊密相關。 2．金屬冶煉的原理和實質 金屬冶煉的原理：利用 反應的原理，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 。 金屬冶煉的實質：金屬離子金屬單質，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到。它們的氧化物受熱就能分解得到單質。請你寫出冶煉汞、銀反應的化學方程式： 、 。 (2)電解法：位于金屬活動性順序表中氫前面的鉀、鈉、鈣、鎂、鋁等幾種金屬的還原性很 ，這些金屬單質都很容易 電子，而其對應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、鈉反應的化學方程式： 。 (3)熱還原法 適用于冶煉位于金屬活動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、鉻反應的化學方程式： 。 。 。 。 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】 1．冶煉方法的總規(guī)律：金屬活動性順序表中，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．學習時結合金屬活動性順序表和氧化還原性強弱順序示意圖加以理解和記憶： 二、鋁熱反應： 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。把內層漏斗取出，在底部剪一個孔，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，用小木條點燃鎂條。 觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實驗信息，回答下列問題。 (1)寫出該反應的化學方程式： ， 在該反應中 是氧化劑， 是還原劑，該反應稱為 反應。 (2)選出該實驗的實驗現(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)皿內的細沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。 (3)寫出下列操作或物質的作用：內層紙漏斗底部剪一個孔： ； 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】 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，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。 【課上訓練】 1．鋁能用于冶煉難熔的金屬(如Cr、V、Mn等)，這不是因為(　　) A．鋁具有還原性 B．鋁具有導電性 C．鋁較Cr、V、Mn等價格便宜 D．冶煉反應放出大量的熱 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后，再與足量鹽酸反應；另一份直接放入足量的燒堿溶液中充分反應。前后兩種情況下生成的氣體的質量比是(　　) A．3∶2 B．2∶3 C．1∶1 D．28∶9 3．氧化還原反應廣泛應用于金屬的冶煉，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中，銅元素都發(fā)生還原反應 C．用磁鐵礦煉鐵的反應中，1 mol Fe3O4被CO還原成Fe，轉移9 mol e－ D．鋁熱法還原鐵的反應中，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品流程，有關說法不正確的是(　　) A．不可用電解AlCl3的方法制備金屬鋁 B．生產鋁、銅、高純硅及玻璃過程中都涉及氧化還原反應 C．黃銅礦冶煉銅時，副產物SO2可用于生產硫酸，F(xiàn)eO可用作冶煉鐵的原料 D．由粗硅制取高純硅時，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熱反應原理還原?、茈娊夥ā、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?！边@句話的意思是指黃金的性質在強熱條件下(　　) 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．下列物質投入溶液中，溶液質量減輕的是(　　) 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，很難將Na從混合物中分離。若調整溫度到一定程度，則可用Na與KCl反應制取金屬K。已知四種物質的熔、沸點如下： K Na KCl NaCl 熔點/℃ 63.65 97.8 770 801 沸點/℃ 774 882.9 1 500(升華) 1 431 根據平衡移動原理可推知，用Na與KCl反應制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一定是(　　) A．氧化還原反應 B．置換反應 C．復分解反應 D．分解反應 9．鋁的活潑性較強，直到十八世紀人類才開始將Al從它的化合物中冶煉出來。當時鋁價格十分昂貴，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，其反應原理可表示為Cu2S＋O22Cu＋SO2。下列說法不正確的是(　　) A．化合價發(fā)生變化的元素有3種 B．Cu2S在該反應中既是氧化劑又是還原劑 C．1 mol O2參加反應時，上述反應轉移電子總物質的量為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.鐵是應用最廣泛的金屬，自遠古時代人類就學會了煉鐵，到目前為止，人類研制出了很多煉鐵的方法。某研究性學習小組同學在實驗室中模擬工業(yè)煉鐵的過程，實驗裝置如下： (1)寫出得到單質鐵的化學方程式： 。 (2)實驗過程中看到玻璃管內的粉末由紅棕色逐漸變黑，請設計一個實驗來驗證生成了單質鐵： 。 (3)裝置末端氣球的作用為 。 實驗結束時，應該先停止加熱還是先停止通入CO并說明原因 。 12．在某次探究性學習中，老師要求同學們在實驗室中用氧化銅、稀硫酸和鐵來制取純凈的銅，并用所制得的銅進行一系列的探究性實驗。 甲、乙兩位同學分別設計了如下兩個制銅實驗方案。 甲：①CuO溶于適量稀硫酸中； ②在①的溶液中加入稍過量的鐵，充分反應后，過濾、烘干，即得純凈的銅。 乙：①鐵與稀硫酸反應得氫氣； ②用氫氣還原氧化銅，充分反應后即得純凈的銅。 (1)若兩位同學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量大小關系 (填字母)。 A．相同 B．甲多 C．乙多 D．以上三種情況均有可能 (2)丙同學認為上述兩種方案都難以保證所制的銅的純度，應對上述兩種方案加以完善。甲同學的方案不完善的原因： ， 完善乙同學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，可以利用的副產物是 ；考慮成本和廢物綜合利用因素，廢液中應加入 處理。 (3)由金紅石(TiO2)制取單質鈦(Ti)，涉及到的步驟為 ―→ 反應TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar氣氛中進行的理由是 。