自然资源的开发利用第1课时——金属矿物的开发利用-讲与练高一化学必修二.doc

金属矿物的开发利用讲与练
知识点一　金属矿物的开发利用
基本知识：
1.金属在自然界中的存在形式
(1)除了金、铂等极少数金属,绝大多数金属元素以　　　　的形式存在于自然界。在这些金属化合物中,金属元素都显　　价。 
(2)在地壳中含量位于前四位的元素为　　　　　　 　。其中第一位的金属元素为　　,人类最早使用的金属是　　,生产生活中应用最广泛的金属是　　。
2．金属冶炼的一般原理
将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。即Mn＋＋ne－===M。
答案：1.（1）化合态 正 （2）氧、铝、硅、铁 铝 铜 铁
2．金属的冶炼。得到 还原
3．金属的冶炼方法
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：

(2)金属的冶炼方法
热分解法
分解HgO
2HgO2Hg＋O2↑
分解Ag2O
2Ag2O4Ag＋O2↑
电解法
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
热还原法
高炉炼铁
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
铝热法炼铁
2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe
其他方法
湿法炼铜
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
火法炼铜
Cu2S＋O22Cu＋SO2

随堂演练
1.判断正误，错误打“×”，正确打“√”
(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在(　 　)
(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　 　)
(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　 　)
(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(　 　)
(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来(　 　)
(6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　 　)
(7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(　 　)
【答案】 ⑴×⑵√⑶×⑷×⑸√⑹×⑺×
【解析】
(2)金属冶炼的本质就是利用还原剂，将金属从化合物中还原出来。
(3)越活泼的金属，其金属阳离子氧化性越弱，越难被还原，因此被人类利用的时间就越晚。
(4)Mg是活泼金属，其活泼性大于H，不能用热还原法制备。
(5)铝热反应本质是置换反应，是利用金属铝的还原性将比铝活泼性弱的金属从其化合物中还原出来。
(6)电解饱和食盐水，发生反应的原理为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，不能获取金属钠。
(7)MgO熔点太高；AlCl3为共价化合物，熔融时不导电。
2．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
【答案】 A
【解析】　锂是活泼金属，应采用电解法冶炼锂。
3.冶炼金属一般有以下几种方法:①热分解法;②焦炭法;③水煤气法(CO或H2);④活泼金属置换法;⑤电解法。这几种方法各有优缺点,它们在工业上均有应用。古代有:a.火烧孔雀石炼铜;b.湿法炼铜;现代有:c.铝热法炼铁;d.光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是 (　　)
A.a—② B.b—③ C.c—④ D.d—⑤

【答案】 A　
【解析】工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼Mg,而电解法适用于冶炼非常活泼的金属,如Na、Mg、知识点二　从铝土矿中提取铝
基本知识：
工业炼铝的流程
铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。
方案一：碱溶法

讨论回答下列问题：
(1)写出①③两步骤中可能发生反应的离子方程式。
(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是________________________________________________。
(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有____________杂质，在电解时它不会影响铝的纯度的原因：__________________________________________________________________________。
答案　（1）①Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O。
③AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，
SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO。
（2）因为AlO与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好
（3）SiO2　由于SiO2的熔点很高，在加热到1 000 ℃ 左右时不会熔化，因而不影响铝的纯度
方案二：酸溶法

讨论回答下列问题：
(1)写出①②中可能发生反应的离子方程式。________________________________。
(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3＋的原因：____________________________________________。
答案（1）　①Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O，
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O。
②Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
（2）Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离
随堂演练
1.铝土矿的主要成分中含有氧化铝、氧化铁和二氧化硅等,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法不正确的是 (　　)
铝土矿abcdAl
A.①②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价相同
C.③中需要通入过量的氨
D.④进行的操作是加热,而且d一定是氧化铝
【答案】 C　
解析】加入盐酸后二氧化硅不反应,需要通过过滤操作除去二氧化硅,加入过量的氢氧化钠溶液后需要通过过滤操作除去氢氧化铁,A正确;a、b中铝元素的化合价均为+3,B正确;③中要将偏铝酸根离子转化为氢氧化铝,需通入二氧化碳气体,C错误;④主要是氢氧化铝受热分解,故进行的操作为加热,电解熔融Al2O3制取Al,D正确。
2.利用如图L8-1-1装置做铝热反应实验,下列说法不正确的是 (　　)

图L8-1-1
A.铝热反应的化学方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
B.该实验会放出大量的热、发出强光
C.根据铝热反应的原理,可以冶炼某些高熔点金属
D.若铝热反应中转移3 mol电子,则消耗氧化剂的物质的量是1 mol
【答案】 D　
【解析】利用铝粉和氧化铁的混合物做铝热剂,高温下发生反应为Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3,Fe2O3是氧化剂,反应中转移3 mol 电子,则消耗0.5 mol Fe2O3。
3．V铁是地壳中含量非常丰富的元素，金属铁是在高炉中冶炼的，在冶金工业中，常用焦炭来冶炼铁。
(1)写出焦炭在高炉中所参加的两个反应的化学方程式：_______________________________
_______________________________________________________________________
(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式：________________________________________。
(3)实验室中可用CO还原Fe2O3，在加热Fe2O3前应先________，否则可能发生________现象；未反应完的CO________(填“能”或“不能”)排放到大气中，应做______处理。
【答案】 　(1)C＋O2CO2、C＋CO22CO
(2)3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
(3)验纯　爆炸　不能　点燃
【解析】(1)在冶炼铁的过程中，为提高C的利用率，先发生反应C＋O2CO2，再发生反应CO2＋C2CO。(3)加热Fe2O3之前应先检验CO的纯度，否则可能发生爆炸；由于CO有毒，故未反应完的CO应点燃，以防污染环境。
4.铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有SiO2、Fe2O3)是工业上制备金属铝的主要原料,工业上提取铝的工艺流程如下:

图L8-1-2
(1)沉淀A的化学式是　　　,试剂a为　　　　　。 
(2)步骤③中通入过量CO2,产生沉淀C的离子方程式为　 。 
(3)步骤③中通入过量CO2而不加入过量盐酸的理由是　 。 
(4)Al2O3中所含的化学键的类型为　　　　　　。 
(5)工业上用电解熔融Al2O3的方法制备金属铝,化学方程式为　 。 
(6)在生活中,常利用Al与Fe2O3的铝热反应来进行焊接钢轨。除了Fe2O3,铝粉还可以与很多金属氧化物组成铝热剂。下列氧化物中不能与铝粉组成铝热剂的是　　　　。 
a.MgO b.V2O5 c.Fe3O4 d.MnO2
【答案】(1)SiO2　NaOH溶液 (2)Al+2H2O+CO2Al(OH)3↓+HC
(3)Al(OH)3溶于过量盐酸 (4)离子键 (5)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ (6)a
【解析】 铝土矿的主要成分为Al2O3,还含有SiO2、Fe2O3等,步骤①中加入过量稀盐酸溶解,SiO2不反应,过滤后得到的沉淀A为SiO2。滤液甲中含有AlCl3、FeCl3、HCl等,步骤②中加入的过量试剂a为NaOH溶液,AlCl3转化为NaAlO2,FeCl3则生成Fe(OH)3沉淀,故过滤后沉淀B为Fe(OH)3。滤液乙中含有NaAlO2、NaOH等,步骤③中通入过量CO2,NaAlO2转化为Al(OH)3沉淀。