《自然資源的開發(fā)利用（第一課時(shí)）》一、自然資源1.分類2.可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會可持續(xù)發(fā)展資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展1992年6月于巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會二、金屬礦物的開發(fā)利用1.金屬元素的存在形式金鉑二、金屬礦物的開發(fā)利用1.金屬元素的存在形式金鉑金、鉑等極少數(shù)金屬元素以單質(zhì)的形式存在于自然界中。輝銅礦(Cu2S)赤鐵礦(Fe2O3)閃鋅礦(立方ZnS)菱鎂礦（MgCO3）孔雀石[Cu2(OH)2CO3]方鉛礦(PbS)輝銅礦(Cu2S)赤鐵礦(Fe2O3)閃鋅礦(立方ZnS)菱鎂礦（MgCO3）孔雀石(Cu2(OH)2CO3)方鉛礦(PbS)絕大多數(shù)金屬元素以化合物的形式存在于自然界中2.金屬元素不同存在形式的原因金屬活動性順序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活潑性逐漸減弱2.金屬元素不同存在形式的原因金屬活動性順序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活潑性逐漸減弱化合態(tài)游離態(tài)3.冶煉金屬的方法將金屬從其化合物中還原出來，用于生產(chǎn)各種金屬材料的過程。3.冶煉金屬的方法原理：Mn+(化合態(tài))M(游離態(tài))+ne-得到電子，被還原將金屬從其化合物中還原出來，用于生產(chǎn)各種金屬材料的過程。①金

鉑——物理方法①金

鉑——物理方法2HgO2Hg+O22Ag2O4Ag+O2ΔΔ②不活潑金屬——熱分解法③活潑金屬——電解法③活潑金屬——電解法MgCl2(熔融)Mg+Cl22Al2O3(熔融)4Al+3O2電解電解冰晶石2NaCl(熔融)2Na+Cl2電解冰晶石：降低氧化鋁的熔化溫度④其他金屬——高溫還原法Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫CuO+H2Cu+H2O高溫④其他金屬——高溫還原法Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫CuO+H2Cu+H2O高溫實(shí)驗(yàn)：鋁熱反應(yīng)一些活潑金屬也可做還原劑，將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來。鋁熱反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。鋁熱反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。引燃劑：鎂條助燃劑：氯酸鉀鋁熱反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。引燃劑：鎂條助燃劑：氯酸鉀化學(xué)方程式：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫應(yīng)用：①利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌。應(yīng)用：①利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌。

②冶金工業(yè)中，冶煉釩、鉻、錳等金屬?；瘜W(xué)方程式：Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3高溫

3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3高溫①為什么不同的金屬冶煉方法不同？思考：①為什么不同的金屬冶煉方法不同？原理：Mn+(化合態(tài))M(游離態(tài))思考：+ne-得到電子，被還原不同金屬離子得電子能力不同。金屬活動性順序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動性順序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱還原法常用還原劑：C、CO、H2、Al熱分解法物理提取法②為什么人類使用鐵器比使用銅器晚？思考：②為什么人類使用鐵器比使用銅器晚？思考：金屬使用的先后順序與金屬冶煉難易有關(guān)。金屬活動性順序中，金屬的位置越靠后，越容易被還原，用一般的還原方法就能使金屬還原。金屬的位置越靠前，越難被還原。金屬的冶煉歷史青銅時(shí)代——古法煉銅鐵器時(shí)代——古法煉鐵近代冶煉——鉀、鈉、鎂、鋁的冶煉常見金屬的冶煉原理金屬冶煉原理FeCuFe2O3+3CO2Fe+3CO2（高爐煉鐵）高溫Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3（鋁熱法煉鐵）高溫Cu2S+O22Cu+SO2（火法煉銅）高溫Fe+CuSO4FeSO4+Cu（濕法煉銅）常見金屬的冶煉原理金屬冶煉原理FeCuMgAlNaFe2O3+3CO2Fe+3CO2（高爐煉鐵）高溫Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3（鋁熱法煉鐵）高溫Cu2S+O22Cu+SO2（火法煉銅）高溫Fe+CuSO4FeSO4+Cu（濕法煉銅）MgCl2(熔融)Mg+Cl2電解2Al2O3(熔融)4Al+3O2電解冰晶石2NaCl(熔融)2Na+Cl2電解4.金屬資源利用的可持續(xù)發(fā)展①提高金屬礦物的利用率②開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法③防止金屬腐蝕④加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用⑤使用其他材料代替金屬材料4.金屬資源利用的可持續(xù)發(fā)展計(jì)算表明，生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J，回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%-5%。通過對上述數(shù)據(jù)的分析和比較，結(jié)合圖1和圖2，你想到了什么？請將你的想法與同學(xué)交流。圖1圖2思考與討論：1.實(shí)際過程中必須考慮投入與產(chǎn)出，要

考慮成本。2.加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用是合理開發(fā)和利用金屬資源的重要途徑。3.必須考慮廢棄物的處理和生產(chǎn)對環(huán)境的影響，形成綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識。圖1圖2三、典型例題

人類對某金屬冶煉技術(shù)的掌握程度決定了其應(yīng)用的廣泛性。影響冶煉方法的主要因素是（）

A.金屬的活潑性大小

B.金屬在地殼中的含量多少C.金屬的化合價(jià)高低D.金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱三、典型例題

人類對某金屬冶煉技術(shù)的掌握程度決定了其應(yīng)用的廣泛性。影響冶煉方法的主要因素是（）

A.金屬的活潑性大小

B.金屬在地殼中的含量多少C.金屬的化合價(jià)高低D.金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法物理提取法三、典型例題

人類對某金屬冶煉技術(shù)的掌握程度決定了其應(yīng)用的廣泛性。影響冶煉方法的主要因素是（）

A.金屬的活潑性大小

B.金屬在地殼中的含量多少C.金屬的化合價(jià)高低D.金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱AKCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法物理提取法

中國的煉丹術(shù)延續(xù)了一千多年，雖然人們夢想的長生不老之藥沒能制出，但煉丹家們卻積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?！敖鸬ぁ本碇杏浭觯骸暗ど盁伤y，積變又還成丹砂”。丹砂就是硫化汞，從中可以看出煉丹家們提取金屬汞的方法是（）

A.熱分解法

B.熱還原法

C.置換法

D.淘取法

中國的煉丹術(shù)延續(xù)了一千多年，雖然人們夢想的長生不老之藥沒能制出，但煉丹家們卻積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?！敖鸬ぁ本碇杏浭觯骸暗ど盁伤y，積變又還成丹砂”。丹砂就是硫化汞，從中可以看出煉丹家們提取金屬汞的方法是（）

A.熱分解法

B.熱還原法

C.置換法

D.淘取法

HgSHg+SΔ

中國的煉丹術(shù)延續(xù)了一千多年，雖然人們夢想的長生不老之藥沒能制出，但煉丹家們卻積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?！敖鸬ぁ本碇杏浭觯骸暗ど盁伤y，積變又還成丹砂”。丹砂就是硫化汞，從中可以看出煉丹家們提取金屬汞的方法是（）

AA.熱分解法

B.熱還原法

C.置換法

D.淘取法

HgSHg+SΔ用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1mol，消耗鋁最少的是（）

A.MnO2

B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1mol，消耗鋁最少的是（）

A.MnO2

B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4制得1molMn轉(zhuǎn)移4mole-

制得1molW轉(zhuǎn)移6mole-制得1molCr轉(zhuǎn)移3mole-制得1molCo轉(zhuǎn)移mol

e-38用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1mol，消耗鋁最少的是（）

A.MnO2

B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4D制得1molMn轉(zhuǎn)移4mole-

制得1molW轉(zhuǎn)移6mole-制得1molCr轉(zhuǎn)移3mole-制得1molCo轉(zhuǎn)移mol

e-38

地球上的金屬礦物資源是有限的，應(yīng)合理開發(fā)利用。

(1)下列金屬中，通常用電解的方法進(jìn)行冶煉的是（）

A．鋁 B．汞 C．鐵 D．銅

(2)利用下圖裝置完成鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________。(3)工業(yè)上根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，用鋁和軟錳礦(MnO2)冶煉錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________。

地球上的金屬礦物資源是有限的，應(yīng)合理開發(fā)利用。

(1)下列金屬中，通常用電解的方法進(jìn)行冶煉的是（）

A．鋁 B．汞 C．鐵 D．銅

(2)利用下圖裝置完成鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________。A(3)工業(yè)上根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，用鋁和軟錳礦(MnO2)冶煉錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________。

地球上的金屬礦物資源是有限的，應(yīng)合理開發(fā)利用。

(1)下列金屬中，通常用電解的方法進(jìn)行冶煉的是（）

A．鋁 B．汞 C．鐵 D．銅

(2)利用下圖裝置完成鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________。AFe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫(3)工業(yè)上根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，用鋁和軟錳礦(MnO2)冶煉錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________。

地球上的金屬礦物資源是有限的，應(yīng)合理開發(fā)利用。

(1)下列金屬中，通常用電解的方法進(jìn)行冶煉的是（）

A．鋁 B．汞 C．鐵 D．銅

(2)利用下圖裝置完成鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________。A(3)工業(yè)上根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，用鋁和軟錳礦(MnO2)冶煉錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________。3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3高溫Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫金屬礦物的開發(fā)利用冶煉金屬的原料冶煉金屬的方法金屬資源利用的可持續(xù)發(fā)展金屬在自然界的存在形態(tài)冶煉原理與方法主要途徑生產(chǎn)實(shí)際很不活潑的金屬物理提取法不活潑的金屬熱分解法活潑的金屬熱還原法很活潑的金屬電解法任務(wù)一金屬的冶煉原理【問題探究】化學(xué)科學(xué)的發(fā)展是推動人類文明進(jìn)步的重要動力。金屬冶煉技術(shù)的進(jìn)步是人類文明進(jìn)步的重要體現(xiàn)。1.從自然界中獲得金屬單質(zhì),是否都必須發(fā)生氧化還原反應(yīng)?提示

不是;金、鉑等可采用物理富集的方法獲得,不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2.寫出圖中冶煉金屬時(shí)涉及反應(yīng)的化學(xué)方程式,指出金屬元素化合價(jià)的變化,并總結(jié)歸納金屬冶煉的實(shí)質(zhì)。3.金屬的冶煉方法與金屬的活動性順序有什么關(guān)系?用數(shù)軸表示出二者之間的關(guān)系。提示

【深化拓展】1.金屬冶煉方法的選擇極少數(shù)不活潑的金屬在自然界中以單質(zhì)形式存在,如金、鉑等;絕大多數(shù)金屬元素以化合態(tài)形式存在于自然界。金屬越不活潑,從其化合物中還原出來越容易;金屬越活潑,從其化合物中還原出來越困難。2.金屬冶煉方法與金屬活動性順序的關(guān)系

活動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au單質(zhì)還原性(原子失電子能力)強(qiáng)→弱陽離子氧化性(離子得電子能力)弱→強(qiáng)金屬冶煉方法電解熔融鹽或氧化物熱還原法熱分解法富集法還原劑或特殊措施直流電提供電子H2、CO、C、Al等,加熱(△)加熱(△)常采用物理方法【素能應(yīng)用】典例1下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是(

)答案

C解析

活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等用電解法冶煉,中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用熱還原法冶煉,不活潑金屬Hg、Ag利用熱分解法冶煉,故A、B、D三項(xiàng)正確。C項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)為火法煉銅?！咀兪皆O(shè)問】利用鋁為還原劑,能否將金屬鈉從氧化鈉中還原出來?為什么?提示

不能;鈉的還原性強(qiáng)于鋁,故鋁不能將金屬鈉從氧化鈉中還原出來。規(guī)律方法金屬冶煉的注意事項(xiàng)1.采用熱分解法冶煉的金屬的化合物通常不穩(wěn)定,受熱易分解,不需要太高的溫度;而熱還原法往往在高溫下進(jìn)行,電解法的溫度視反應(yīng)物的熔點(diǎn)而定。2.金屬冶煉的其他方法(1)物理法:適用于極少數(shù)不活潑、以游離態(tài)存在于地殼中的金屬,如金常用水洗法獲得。(2)濕法冶金:利用溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),對原料中的金屬進(jìn)行提取和分離的方法,如濕法煉銅Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。(3)火法煉銅:Cu2S+O22Cu+SO2。變式訓(xùn)練1(2021山東臨沂蘭山區(qū)高一期末)冶煉金屬一般有以下幾種方法:①熱分解法;②焦炭法;③水煤氣法(CO或H2);④活潑金屬置換法;⑤電解法。這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),它們在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有:a.火燒孔雀石煉銅,b.濕法煉銅;現(xiàn)代有:c.鋁熱法煉鐵,d.光鹵石法煉鎂。對它們的冶煉方法分析不正確的是(

)A.a—② B.b—③C.c—④ D.d—⑤答案

B任務(wù)二鋁熱反應(yīng)【問題探究】1.當(dāng)鐵軌有縫隙時(shí),維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物引燃,使熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫,冷卻后就將鐵軌牢牢地黏結(jié)在一起。你知道其工作原理嗎?用鋁熱劑焊接鐵軌

提示

高溫條件下,鋁粉與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng):Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。

2.鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖,其中鎂條和氯酸鉀分別有什么作用?提示

點(diǎn)燃鎂條用來提供引發(fā)鋁熱反應(yīng)的熱能,氯酸鉀的作用是分解提供氧氣,使鎂條快速充分燃燒?！旧罨卣埂?.鋁熱反應(yīng)定義鋁和金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)原理Al作還原劑,另一種氧化物作氧化劑,用鋁將氧化物中的金屬置換出來鋁熱劑鋁粉和某些金屬氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物引發(fā)操作在鋁熱劑上放KClO3,插上鎂條并點(diǎn)燃鎂條反應(yīng)特點(diǎn)在高溫下進(jìn)行,反應(yīng)迅速并放出大量的熱,新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離應(yīng)用冶煉難熔的相對較不活潑的金屬,如V、Cr、Mn等;焊接鋼軌等2.鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)鎂條要打磨凈表面的氧化膜,否則難以點(diǎn)燃。(2)氧化鐵粉末要干燥,鋁粉要沒有被氧化,否則難以反應(yīng)。(3)蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量,既要防止蒸發(fā)皿炸裂,又要防止熔融的液體濺出傷人。(4)確保實(shí)驗(yàn)裝置與人之間有一定安全距離,防止受傷?！舅啬軕?yīng)用】典例2用如圖所示的裝置做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn),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:

(填序號)。

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:

。

答案

(1)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3

Fe2O3

Al鋁熱(2)①②③④(3)使熔融物易于落下防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿燃燒放熱,促使氯酸鉀分解,引發(fā)鋁熱反應(yīng)分解提供氧氣,使鎂條快速充分燃燒解析

(1)該鋁熱反應(yīng)為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,該反應(yīng)中Fe2O3作氧化劑,Al作還原劑。(2)①②③④全為該鋁熱反應(yīng)的現(xiàn)象。(3)鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中為使熔融物易落下,通常在內(nèi)層紙漏斗底部剪一個(gè)孔;為防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿,在蒸發(fā)皿內(nèi)加入適量沙子;反應(yīng)中鎂條燃燒提供熱量,使氯酸鉀分解,引發(fā)鋁熱反應(yīng);氯酸鉀受熱分解提供氧氣,使鎂條快速充分燃燒?！咀兪皆O(shè)問】若將氧化鐵換成氧化鎂、氧化銅,能否完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作?請說明理由。提示

CuO可以,MgO不可以;金屬的還原性:Mg>Al>Cu,故高溫下Al可將CuO還原成Cu,但不能還原MgO。變式訓(xùn)練2(2021湖南雅禮中學(xué)高一期末檢測)鋁熱反應(yīng)有廣泛的用途,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。下列說法正確的是(

)A.鋁熱反應(yīng)的能量變化可用圖2表示B.工業(yè)上可用鋁熱反應(yīng)的方法制取鈉C.在鋁熱反應(yīng)過程中沒有涉及的化學(xué)反應(yīng)類型是化合反應(yīng)D.該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe答案

A解析

鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng),則反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,符合題圖2能量變化,A正確;工業(yè)上制取鈉時(shí),采用電解熔融NaCl的方法,B錯(cuò)誤;鋁熱反應(yīng)過程中,Mg與O2發(fā)生化合反應(yīng)生成MgO,C錯(cuò)誤;氧化鐵是Fe2O3而不是Fe3O4,D錯(cuò)誤。

隨堂檢測1.(2021遼寧大連八中高一檢測)下列金屬的工業(yè)制法正確的是(

)A.制鈦:用金屬鈉置換出氯化鈦(TiCl4)溶液中的鈦B