化学与自然资源的开发利用

《化学与自然资源的开发利用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学与自然资源的开发利用（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四章化学与自然资源的开发利用第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源第一节开发利用金属矿物和海水资源第第1课时金属矿物的开发利用课时金属矿物的开发利用情景设疑情景设疑目标定位目标定位随着随着经济和社会的和社会的发展，展，各种各各种各样的金属的金属应用越用越来越广，但来越广，但绝大多数的大多数的金属元素以化合物的形金属元素以化合物的形式存在于自然界的金属式存在于自然界的金属矿物中。那么，怎物中。那么，怎样从从金属金属矿物中得到金属呢物中得到金属呢？不同的金属冶？不同的金属冶炼方法方法是否相同呢？是否相同呢？(附附录见下下页)1.了解金属在自然界了解金属在自然界中的存在形式

2、。中的存在形式。2.掌握金属的冶掌握金属的冶炼方方法。法。3.掌握掌握铝热反反应原理原理及及实验。4.了解金属回收和了解金属回收和资源保源保护的意的意义。5.认识和体会化学在和体会化学在自然自然资源开源开发和利用和利用中的意中的意义和作用。和作用。(二二)金属的冶炼金属的冶炼1冶炼原理冶炼原理金属冶炼的实质是根据金属冶炼的实质是根据_，使金属，使金属矿物中的金属阳离子矿物中的金属阳离子_生成金属单质的生成金属单质的过程：过程：Mnne=M。氧化还原反应氧化还原反应得到电子得到电子2冶炼方法冶炼方法2热还原法的优缺点热还原法的优缺点(1)用用H2作还原剂时，生成产物作还原剂时，生成产物H2O在高

3、温下以在高温下以H2O(g)蒸发出去，使制得的金属纯度较高，但蒸发出去，使制得的金属纯度较高，但成本也较高。成本也较高。(3)用用C作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭和金属碳化物，得不到纯度较高的金属。和金属碳化物，得不到纯度较高的金属。(4)用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难冶炼的问题，但是成本较其氧化物熔点高、难冶炼的问题，但是成本较高。高。特别提醒特别提醒同一种金属可能有不同的冶炼方法，同一种金属可能有不同的冶炼方法，可根据原料、生产设备、金属的用途等来确定，可根据原料、生产设备、金属的用途等来

4、确定，如金属如金属Cu可用热还原法、湿法冶炼。可用热还原法、湿法冶炼。解析：解析：Na、Mg很活泼，应用电解法，很活泼，应用电解法，A正确，正确，B错误；铁属较活泼金属，可用热还原法，错误；铁属较活泼金属，可用热还原法，C正正确；较不活泼金属汞可用热分解法，确；较不活泼金属汞可用热分解法，D正确。正确。答案：答案：B实验操作操作实验现象象镁条条剧烈燃烈燃烧，放出一定的，放出一定的热，使氧化，使氧化铁粉末和粉末和铝粉在粉在较高温度下高温度下发生生剧烈的烈的反反应。反。反应放出大量的放出大量的热，并，并发出耀眼出耀眼的白光。的白光。纸漏斗的下部被漏斗的下部被烧穿，有熔融穿，有熔融物落入沙中物落入沙

5、中实验结论在高温下，在高温下，铝与与Fe2O3发生反生反应，放出大，放出大量的量的热2.铝热反应铝热反应概念概念铝和金属氧化物在高温下和金属氧化物在高温下发生生剧烈反烈反应并放出大量并放出大量热的化学反的化学反应原理原理Al作作还原原剂，另一种氧化物作氧化，另一种氧化物作氧化剂，用用铝将氧化物中的金属置将氧化物中的金属置换出来出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等等)组成的混合物成的混合物反反应特点特点在高温下在高温下进行，反行，反应迅速并放出大量的迅速并放出大量的热，新生成的金属，新生成的金属单质呈熔融呈熔融态且易与且易与Al2O3分离分离应用用

6、冶冶炼难熔的相熔的相对较不活不活泼的金属，如的金属，如V、Cr、Mn等；等；焊接接钢轨等等特别提醒特别提醒实验注意事项：实验注意事项：(1)镁条要打磨净表面的氧化膜镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃；否则难以点燃；(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应；则难以反应；(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层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，以防高温物质从四周纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出；溅出；(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸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

7、体溅出伤人；裂，又要防止熔融的液体溅出伤人；(5)实验装置要与人有一定距离实验装置要与人有一定距离,防止人被烧伤。防止人被烧伤。2铝用来焊接钢轨是利用铝用来焊接钢轨是利用 ()A铝同氧气反应生成稳定的保护层铝同氧气反应生成稳定的保护层B铝是热的良导体铝是热的良导体C铝是强还原剂，铝热反应放热铝是强还原剂，铝热反应放热D铝合金强度大铝合金强度大解析：解析： 铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，可达到很高的温度，生成了可达到很高的温度，生成了Al2O3和液态铁，从和液态铁，从而将钢轨焊接在一起。而将钢轨焊接在一起。答案：答案：C解析：解析：活泼金属活泼金属K、C

8、a、Na、Mg、Al等用电等用电解法冶炼，中等活泼金属解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利利用热分解法冶炼，故用热分解法冶炼，故A、B、D正确，正确，C错误。错误。答案：答案：C规律方法规律方法选择金属冶炼的方法要依据金属在选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性。金属活自然界中的存在形态和金属的活泼性。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠前越难被还原，动性顺序表中，金属的位置越靠前越难被还原，金属的位置越靠后越容易被还原。金属的位置越靠后越容易被还原。1下列金属的工业制法正确的是下列金属的工

9、业制法正确的是()A制钛：用金属钠置换出氯化钛制钛：用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液中溶液中的钛的钛 B炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁高温下还原铁矿石中的铁C制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠净氯化钠溶液得到金属钠D炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜的铜解析：解析：金属钠在溶液中无法置换出金属钛，金属钠在溶液中无法置换出金属钛，因为钠首先与水发生反应，因为钠首先与水发生反应，A项错误；电解氯项错误；电解氯化钠溶液得

10、不到金属钠，实际生产中是在高温化钠溶液得不到金属钠，实际生产中是在高温条件下电解熔融条件下电解熔融NaCl制得钠和氯气，制得钠和氯气，C项错误；项错误；一般是用黄铜矿制得粗铜，然后再用电解精炼一般是用黄铜矿制得粗铜，然后再用电解精炼法得到纯度很高的铜，法得到纯度很高的铜，D项错误。项错误。答案：答案：B如右图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗如右图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层滤纸状，套在一起，使四周都有四层。把内层滤纸取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置一一纸漏斗套在一起

11、，架在铁圈上，下面放置一盛沙的蒸发皿。把盛沙的蒸发皿。把5 g干燥的氧化铁粉末和干燥的氧化铁粉末和2 g铝铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。镁条，观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题：通过以上实验信息，回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：写出该反应的化学方程式：_，在该反应中在该反应中_是氧化剂，是氧化剂，_是还是还原剂，该反应称为原剂，该反应称为_反应。反应。(2)选出该实验的实验现象选出该实验的实验现象(填写在横线上填写在横

12、线上)：_。镁条剧烈燃烧；镁条剧烈燃烧；放出大量的热，并发出耀放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射眼的光芒，火星四射;纸漏斗的下部被烧穿；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，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。液珠冷却后变为黑色固体。(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：部剪一个孔：_；蒸发皿盛沙：；蒸发皿盛沙：_；镁条：镁条：_；氯酸钾：；氯酸钾：_。思路点拨：思路点拨：解答该题应注意以下三点：解答该题应注意以下三点：(1)铝热反应为典型置换反应，条件为高温。铝热反应为典型置换反应，条

13、件为高温。(2)铝热反应中铝热剂为铝热反应中铝热剂为Al粉粉(还原剂还原剂)和金属氧和金属氧化物化物(氧化剂氧化剂)，引燃剂为，引燃剂为KClO3。(3)铝热反应放出大量的热量。铝热反应放出大量的热量。误区警示误区警示铝热反应是利用铝的强还原性，在铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有氧化物中还原出来，因此只有Al和比和比Al活动性活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂，如为铝热剂，如Al和和MgO组成的混合物不能称之组成的混合物不能称之为铝

14、热剂。为铝热剂。2下图为铝热反应的实验装置，请回答下列问下图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：题：(1)引发该铝热反应的操作为引发该铝热反应的操作为_。(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？_(填填“能能”或或“不能不能”)，理由是，理由是_。(3)铝热反应的用途有哪些铝热反应的用途有哪些_。解析：解析：(1)利用镁条燃烧放热促使利用镁条燃烧放热促使KClO3分解分解产生产生O2从而引发铝热反应。从而引发铝热反应。(2)Mg比比Al活泼，活泼，Al不能从不能从MgO中置换出中置换出Mg。答案：答案：(1)在混合物中间插一根镁带，并用燃在混合物中间

15、插一根镁带，并用燃着的小木条着的小木条(或火柴或火柴)点燃镁带点燃镁带(2)不能镁比铝活泼，铝不能置换镁不能镁比铝活泼，铝不能置换镁(3)用于焊接钢轨；冶炼某些金属用于焊接钢轨；冶炼某些金属热点实验一氧化碳还原氧化铜的实验探究热点实验一氧化碳还原氧化铜的实验探究探究举例探究举例以下是一学生用以下是一学生用CO干燥气体还原干燥气体还原W g不纯氧化铜不纯氧化铜(所含杂质不与通入的气体反应所含杂质不与通入的气体反应)测定氧化铜纯度的实验。所给出的气体和试剂测定氧化铜纯度的实验。所给出的气体和试剂都是足量的。请根据实验操作过程回答下面的都是足量的。请根据实验操作过程回答下面的问题。问题。(1)点燃酒

16、精灯前先要检查点燃酒精灯前先要检查_，原因是，原因是_。(2)尾气处理装置是尾气处理装置是_(填填或或)，产生，产生的现象是的现象是_。装置装置中发生反应的化学方程式是中发生反应的化学方程式是_。选用尾气处理装置中发生反应的化学方程式是选用尾气处理装置中发生反应的化学方程式是_。(3)把最后逸出的气体尾气收入球胆中，目的是把最后逸出的气体尾气收入球胆中，目的是_。(4)请你根据上图，写出两种测定氧化铜纯度的请你根据上图，写出两种测定氧化铜纯度的方法，用文字简述其原理和需要测定的数据。方法，用文字简述其原理和需要测定的数据。方法一：方法一：_；方法二：方法二：_。解析：解析：(1)CO为可燃性气

17、体，与空气混合后受为可燃性气体，与空气混合后受热易发生爆炸，因此点燃酒精灯前应先检验热易发生爆炸，因此点燃酒精灯前应先检验CO的纯度。的纯度。(2)CO还原还原CuO生成生成CO2，CO2能使澄清石灰水能使澄清石灰水变浑浊变浑浊(合理即可合理即可)。(3)CO具有可燃性且有毒，尾气收入球胆中既安具有可燃性且有毒，尾气收入球胆中既安全又能防止环境污染。全又能防止环境污染。(4)通过测定装置通过测定装置中硬质玻璃管减少的质量或装中硬质玻璃管减少的质量或装置置中石灰水增加的质量，可推知中石灰水增加的质量，可推知CuO的质量、的质量、进而计算进而计算CuO样品中样品中CuO的纯度。的纯度。(3)既防止

18、既防止CO与空气混合加热发生爆炸，又防止与空气混合加热发生爆炸，又防止环境污染环境污染(4)方法一：测定装置方法一：测定装置中石灰水增加的质量，中石灰水增加的质量，利用物质的量关系利用物质的量关系CuOCO2，推出，推出CuO质量、质量、进而计算进而计算CuO样品的纯度样品的纯度方法二：测定装置方法二：测定装置中硬质玻璃管减小的质量，中硬质玻璃管减小的质量，利用物质的量关系利用物质的量关系CuOCum推出推出CuO质质量，进而计算量，进而计算CuO样品的纯度样品的纯度1.从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代,而后是铁器时代，铝的利用是近几百年的事。而后是

19、铁器时代，铝的利用是近几百年的事。下列跟这个先后顺序有关的是下列跟这个先后顺序有关的是()地壳中金属元素的含量地壳中金属元素的含量金属活动性顺序金属活动性顺序金属的导电性金属的导电性金属冶炼的难易程度金属冶炼的难易程度金属的延展性金属的延展性ABC D解析：解析：金属活动性顺序表中，金属的位置越金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属离子还原，人们开发、利用的时间就较使金属离子还原，人们开发、利用的时间就较早；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼早；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段的金属

20、只能用最强的还原手段(电解电解)来使金属离来使金属离子还原，人们开发利用的时间就较晚。子还原，人们开发利用的时间就较晚。答案：答案：D2下列关于金属冶炼的说法不正确的是下列关于金属冶炼的说法不正确的是()A热分解法适用于制备不活泼金属热分解法适用于制备不活泼金属B热还原法的常用还原剂是热还原法的常用还原剂是C、H2、CO、A1等等C熔融电解法适用于制备不活泼金属熔融电解法适用于制备不活泼金属D水溶液中置换法适用于活泼金属制取不活水溶液中置换法适用于活泼金属制取不活泼金属泼金属解析：解析：熔融电解法适用于制备活泼金属，热熔融电解法适用于制备活泼金属，热还原法适用于制备比较活泼的金属，热分解法还原

21、法适用于制备比较活泼的金属，热分解法适用于制备不活泼金属。适用于制备不活泼金属。答案：答案：C3铝的活泼性较强，直到铝的活泼性较强，直到18世纪人类才开始将世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝价格十分从它的化合物中冶炼出来。当时铝价格十分昂贵，拿破仑的头盔就是用昂贵，拿破仑的头盔就是用Al制作的，现在还制作的，现在还保存在大英博物馆中。下列冶炼铝的方法正确保存在大英博物馆中。下列冶炼铝的方法正确的是的是()解析：解析：从从Al的还原性和的还原性和AlCl3熔融的导电性两熔融的导电性两个方面分析。个方面分析。H2、CO、C等皆不能使等皆不能使Al2O3或或Al(OH)3还原为还原为

22、Al，C、D不正确；不正确；AlCl3是分子是分子晶体，熔融后不导电，晶体，熔融后不导电，B不正确。不正确。答案：答案：A4下列说法错误的是下列说法错误的是()A回收照相业中的定影液可提取镁回收照相业中的定影液可提取镁B回收不锈钢可提取铬或镍以及铁回收不锈钢可提取铬或镍以及铁C回收可口可乐易拉罐可回收铝回收可口可乐易拉罐可回收铝D回收精炼铜的阳极泥可得金、银等贵重金回收精炼铜的阳极泥可得金、银等贵重金属属解析：解析：A中，照相业中的定影液主要含有硫代中，照相业中的定影液主要含有硫代硫酸钠硫酸钠(Na2S2O3)，能与底片上的感光材料上未，能与底片上的感光材料上未感光的感光的AgBr形成络离子，

23、溶解在定影液中。然形成络离子，溶解在定影液中。然后将定影液中的后将定影液中的Ag转化为单质银而回收。转化为单质银而回收。B中，中，不锈钢主要含有不锈钢主要含有Fe、Cr、Ni等金属；等金属；C中易拉中易拉罐主要成分是罐主要成分是Al；D中阳极泥含有未溶解的不中阳极泥含有未溶解的不活泼金属活泼金属Au、Ag等。等。答案：答案：A5(1)在一次化学晚会上，一位同学表演了一个在一次化学晚会上，一位同学表演了一个有趣的魔术：用蘸有饱和硫酸铜溶液的玻璃棒有趣的魔术：用蘸有饱和硫酸铜溶液的玻璃棒在一洁净的铁片上点上数处，所点之处，点铁在一洁净的铁片上点上数处，所点之处，点铁成成“金金”。你知道其中的奥妙吗

24、？请用化学方。你知道其中的奥妙吗？请用化学方程式表示其反应原理：程式表示其反应原理：_。(2)铜在自然界多以铜在自然界多以1价矿石存在，因为在固态价矿石存在，因为在固态或是高温下或是高温下1价铜比价铜比2价稳定。辉铜矿价稳定。辉铜矿(Cu2S)炼铜的方法之一是将矿石高温通空气焙炼铜的方法之一是将矿石高温通空气焙烧，生成两种氧化物。将焙烧过的矿石加上比烧，生成两种氧化物。将焙烧过的矿石加上比它质量约少一半的未经焙烧的矿石，混合后隔它质量约少一半的未经焙烧的矿石，混合后隔绝空气再进行高温焙烧，结果得到金属铜和一绝空气再进行高温焙烧，结果得到金属铜和一种具有刺激性气味的气体。这两个反应的化学种具有刺激性气味的气体。这两个反应的化学方程式为方程式为_、_。解析：解析：(1)Fe能置换能置换CuSO4中的铜，化学反应中的铜，化学反应方程式为方程式为FeCuSO4=FeSO4Cu。(2)因为在固态或高温下因为在固态或高温下1价铜比价铜比2价铜更稳价铜更稳定，所以高温通空气焙烧定，所以高温通空气焙烧Cu2S时，生成两种氧时，生成两种氧化物为化物为Cu2O和和SO2，而后，而后Cu2O与与Cu2S在隔绝空在隔绝空气时高温焙烧生成气时高温焙烧生成Cu和和SO2，结合氧化还原的，结合氧化还原的知识即可写出两化学方程式。知识即可写出两化学方程式。