（通用版）2019高中化学第四章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.doc

1第第 1 1 课时课时 金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用一、金属的冶炼1金属元素在自然界存在的形态(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。(2)绝大多数金属以化合态的形式存在。(3)在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。2金属冶炼原理与实质(1)原理：将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。(2)实质：用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质。3金属冶炼方法(1)常用方法(2)其他方法4金属矿物资源的开发和利用(1)原因地球上金属矿物资源有限；金属冶炼消耗很多能量；2金属冶炼造成环境污染。(2)措施提高金属矿物的利用率；使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；加强金属资源的回收和再利用。金属的活泼性与冶炼方法的关系金属单质还原性、失电子能力依次减弱金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强例 1 关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是( )A对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋C废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐D照相业、科研单位和医院 X 光室回收的定影液中，可以提取金属银答案 B解析 重金属材料填埋将会对环境造成污染。思维启迪废旧金属的最好处理方法是回收利用，回收利用废旧金属可节约矿物资源、节约能源、减少环境污染。因此，我们要增强社会责任意识，养成回收利用废旧材料的好习惯。例 2 冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法 水煤气(或氢气，或一氧化碳)法 活泼金属置换法 电解法。四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；()从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )A()用 B()用 C()用 D()用答案 B解析 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。()、()、()、()发生的反应分别是()：Cu2(OH)2CO32CuOCO2H2O，=C2CuO2CuCO2，符合；=()：FeCuSO4=FeSO4Cu，符合；()：2AlCr2O3Al2O32Cr，符合；=高温3()：先从光卤石中提取 MgCl2，再电解 MgCl2：MgCl2(熔融)MgCl2，符合。=电解二、铝热反应1实验探究实验装置实验现象(1)镁带剧烈燃烧。(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，熔融物冷却后变为黑色物质实验结论在高温下，氧化铁与铝发生置换反应，并放出大量的热化学方程式2AlFe2O32FeAl2O3=高温2.注意事项(1)镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行。(2)氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀，以保证氧化铁与铝都完全反应。(3)内层滤纸要用水润湿，以防纸漏斗燃烧。(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。(1)铝热反应的引燃剂为镁带，助燃剂为氯酸钾。(2)铝热剂为混合物，是由铝粉和金属氧化物(Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末组成的。(3)铝热反应的实质是铝为还原剂，金属氧化物为氧化剂，铝将金属阳离子还原为金属单质，为置换反应。(4)铝热反应具有剧烈燃烧、放出大量的热、新生成的液态金属单质易与 Al2O3(固态)分离等特点。例 3 下列关于铝热反应的说法错误的是( )A铝热反应中的还原剂是铝粉B铝热剂是纯净物4C铝与 Fe2O3可组成铝热剂D铝热反应是放热反应答案 B解析 Al 和 Fe2O3可组成铝热剂，铝热剂属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。思维启迪铝热反应中，一是体现了铝的还原性，二是说明铝热反应为放热反应。例 4 用铝热法还原下列化合物，制得金属各 1 mol 时，消耗铝最少的是( )AMnO2 BWO3 CCo3O4 DCrO3答案 C解析 根据得失电子守恒有如下关系： 2 2 ，Mn44 3Al3W6Al3Co838 9Al3Cr6Al3所以 C 消耗铝最少。1工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是( )A金属在自然界的存在形式B金属元素在地壳中的含量C金属熔点高低D金属阳离子得电子的能力答案 D解析 冶炼金属选择方法是根据金属的活动性，金属冶炼是金属阳离子得电子的过程，即金属冶炼方法与金属阳离子得电子能力有关。2下列说法错误的是( )A有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂B加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜C金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子5D回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物答案 B解析 A 项，铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2AlFe2O32FeAl2O3，正确；B 项，制备单质 Cu 用热还原法，错误；C 项，=高温金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属原子，正确；D 项，将旧金属回收，重新利用，变废为宝，正确。3下列说法中正确的是( )A金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来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金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大答案 A解析 A 项，金属冶炼是将金属化合物转化为金属单质，正确；B 项，冶炼金属并不一定要加入还原剂，如电解法制取钠和镁，错误；C 项，金属由化合态变为游离态，都是由高价态降低到 0 价，故一定被还原，错误；D 项，金属被发现的早晚与其在地壳中的含量无关，如在地壳中铝的含量虽然最大，但被发现的时间却比铁、铜晚得多，错误。4铝能用于冶炼难熔的金属(如 Cr、V、Mn 等)，这不是因为( )A铝具有还原性B铝具有导电性C铝较 Cr、V、Mn 等价格便宜D冶炼反应放出大量的热答案 B5(1)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是_(填字母)。A2HgO2HgO2=BFe3O44CO3Fe4CO2=高温C2MgO2MgO2=电解D2Ag2O4AgO2=(2)简要说明不符合工业实际的原因：_。 答案 (1)C(2)MgO 熔点高，电解耗能大，实际工业生产中采用电解熔融态的 MgCl2冶炼镁6对点训练题组一 金属的存在与冶炼原理1下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是( )A地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝B铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中C铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中D金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在考点 金属的存在与冶炼原理题点 金属元素在自然界中的存在答案 A解析 地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝、铁等在自然界中以化合态存在，汞、金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。2下列说法中，正确的是( )A金属的冶炼是把金属单质从其矿物中分离出来B金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化C金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原D金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原考点 金属的存在与冶炼原理题点 金属的冶炼原理答案 C解析 金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质。在金属的冶炼过程中，被冶炼的金属只能得到电子被还原。3(2017·河北邢台一中高一下月考)下列金属冶炼的反应原理，不正确的是( )A2NaCl(熔融)2NaCl2=电解BMgOH2MgH2O=CFe2O33CO2Fe3CO2=高温D2Ag2O4AgO2=考点 金属的存在与冶炼原理7题点 金属的冶炼原理答案 B解析 由于 Na 的金属性很强，Na不容易获得电子，因此只能用电解熔融 NaCl 的方法制取金属 Na：2NaCl(熔融)2NaCl2，A 正确；Mg 的金属性很强，用一般的=电解还原剂不能把 Mg 从化合物中还原出来，因此用电解熔融 MgCl2的方法制取金属 Mg，B 错误；Fe 是比较活泼的金属，在高温条件下用还原剂将 Fe 从其化合物中还原出来：Fe2O33CO2Fe3CO2，C 正确；Ag 是不活泼金属，可以用热分解法制得金属=高温Ag：2Ag2O4AgO2，D 正确。=题组二 金属的冶炼方法4下列金属的冶炼方法中正确的是( )A电解氯化钠溶液冶炼金属钠B电解熔融的氯化铝冶炼金属铝C将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁D用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁考点 金属的冶炼方法题点 金属冶炼方法的选择答案 D解析 冶炼金属钠应电解熔融的氯化钠，而不是氯化钠溶液；冶炼金属铝应电解熔融的三氧化二铝，而不是氯化铝；铁不能将氧化镁中的镁还原出来。5金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是( )A电解法 B热还原法C热分解法 D铝热法考点 金属的冶炼方法题点 典型金属的冶炼方法答案 A解析 金属的冶炼方法与金属活动性顺序的关系：金属锂的活动性介于钠与镁之间，应采用电解法冶炼金属锂。6金属矿物通常色彩缤纷、形状各异。下列冶炼金属的方法属于热还原法的是( )A2NaCl(熔融)2NaCl2=电解8BWO33H2W3H2O=CFeCuSO4=CuFeSO4D2Ag2O4AgO2=考点 金属的冶炼方法题点 常见金属冶炼方法的识别答案 B解析 钠性质活泼，用电解法制取；钨性质较不活泼，用热还原法制取；FeCuSO4=CuFeSO4为湿法炼铜的反应原理，不属于热还原法；银性质不活泼，可用热分解法制取。题组三 金属冶炼的综合与应用7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分解反应考点 金属冶炼的综合与应用题点 金属冶炼的相关综合答案 A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，但一定是氧化还原反应。=高温8(2017·成都七中期末考试)我国古代“药金”的冶炼方法是将炉甘石(ZnCO3)和赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定的比例混合后加热至 800 ，这种方法可炼出有金子般光泽的“药金” 。下列叙述正确的是( )A “药金”实质上是铜锌合金B冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌C用王水可区别黄金和“药金”D用灼烧法不能区别黄金和“药金”考点 金属冶炼的综合与应用题点 金属冶炼的相关综合答案 A解析 冶炼“药金”的相关反应方程式为 ZnCO3ZnOCO2，2ZnOC=高温2ZnCO2，2Cu2OC4CuCO2，故 A 项正确，B 项错=高温=高温误；王水可以溶解黄金和“药金” ，故 C 项错误；用灼烧法可以区别黄金和“药金” ，因为高温下黄金与氧气不反应，而“药金”可以与氧气反应，故灼烧后的“药金”颜色有变化，D9项错误。9以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2SO22CuSO2。下列说法不正确的是( )=高温A化合价发生变化的元素有 3 种BCu2S 在该反应中既是氧化剂又是还原剂C1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为 4 molDSO2被分离、回收后氧化生成 SO3，作为制取硫酸的原料考点 金属冶炼的综合与应用题点 金属冶炼的相关综合答案 C解析 分析反应中化合价的变化：2222，反应过程中Cu1S2O0=高温Cu0S4O2Cu、S、O 三种元素的化合价均发生改变；Cu2S 中 Cu 元素化合价降低，S 元素化合价升高，因此 Cu2S 既是氧化剂又是还原剂；根据 S元素化合价的改变可知，当 1 mol O2参加反应时，共转移电子6 mol；SO2催化氧化可得 SO3，SO3被水吸收可得 H2SO4。10下列说法不正确的是( )A自然界中不存在游离态的金属B金属活动性不同，冶炼方法也有所不同C地球上金属矿物资源有限，因此应提高金属矿物的利用率D废旧金属的回收利用有利于环境保护考点 金属冶炼的综合与应用题点 废旧金属的回收利用答案 A解析 自然界中存在游离态的金属，如金、铂等。题组四 铝热反应11关于铝热反应，下列说法不正确的是( )A铝热反应是吸热反应B铝热剂是混合物C铝热反应为氧化还原反应D铝热反应需在高温条件下进行考点 铝热反应题点 铝热反应及其应用答案 A解析 铝热反应是放热反应，选项 A 错误。1012能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为( )A铝的密度小，熔点较低B铝在空气中燃烧放出大量的热C铝在金属活动性顺序表中排在较前面D铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热考点 铝热反应题点 铝热反应及其应用答案 D解析 利用铝来冶炼难熔的金属是利用铝热反应来进行的。在铝热反应中，铝表现出还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应能放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。综合强化13如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)该实验装置中还缺_，引发铝热反应的操作为_。(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应_(填“能”或“不能”)发生，理由是_。(3)写出铝热反应的两个用途_。考点 铝热反应题点 铝热反应的实验答案 (1)镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属解析 (1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使 KClO3分解产生 O2，使镁条快速燃烧。(2)根据金属活动性顺序表，Mg 比 Al 活泼，Al 不能从 MgO 中置换出 Mg。14孔雀石的主要成分为 CuCO3·Cu(OH)2，某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下：将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；将反应后的混合物过滤；向滤液中加入一种金属粉末。11根据上述实验方案，试回答：(1)第步反应中的现象为_。(2)第步加入的金属粉末是_，理由是_。(3)若向滤液中加入过量生石灰后，过滤，将沉淀加热灼烧后再通入_气体，可制得较纯净的铜。考点 金属冶炼的综合与应用题点 金属冶炼的相关综合答案 (1)固体溶解，有无色气体生成，溶液变成蓝色(2)Fe 铁的活泼性比铜强，可从溶液中置换出铜(3)氢气解析 孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，当加入过量稀硫酸时发生反应，固体逐渐溶解，产生二氧化碳气体、水和硫酸铜；为冶炼金属铜，可加入过量的铁粉，把铜从硫酸铜溶液中置换出来；若向滤液中加入过量生石灰后生成氢氧化铜，过滤，将沉淀氢氧化铜加热灼烧后生成氧化铜，通入氢气生成铜和水。15钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和 Ti 的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。用含 Fe2O3的钛铁矿(主要成分为 FeTiO3)制备 TiO2流程如下：(1)步骤加 Fe 的目的是_；步骤冷却的目的是_。(2)上述制备 TiO2的过程中，可以利用的副产物是_；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入_处理。(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为TiO2TiCl4Mg800 ，Ar Ti反应 TiCl42Mg=2MgCl2Ti 在 Ar 气氛中进行的理由是_。考点 金属冶炼的综合与应用题点 金属冶炼的相关综合答案 (1)将 Fe3还原为 Fe2 析出绿矾(FeSO4·7H2O)(2)绿矾(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸钙、废碱)12(3)防止高温下镁或钛与 O2、N2等反应解析 (1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将3 价 Fe 转化为2 价 Fe，降温减小 FeSO4·7H2O 的溶解度，有利于绿矾结晶。(2)水浸后发生的离子反应为 TiO22H2O=H2TiO32H，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。(3)反应后 Ti 和 Mg 易与空气中 O2、N2等反应，故应在 Ar 气氛中进行。