高中化学人教版化学必修二第四章化学和自然资源的开发利用课件41-1化学和自然资源的开发利用共6.ppt

1、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1课时金属矿物的开发利用教学目标定位 1知识技能(1)了解金属在自然界中的存在形式。(2)了解金属冶炼的一般原理及冶炼的一般方法。(3)掌握铝热反应原理及实验。(4)了解金属回收和资源保护的意义。2过程方法 认识金属冶炼与应用的发展，了解化学在认识物质世界方面的重要性；了解金属回收的意义，树立资源保护意识。3情感态度价值观 以人类对金属冶炼的发展过程为例，不断深化对人类发展的认识，体会科学探索之路的艰辛，认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。本课时通过金属冶炼的基本原理，能够使

2、学生认识到化学是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成金属单质的唯一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼方式的主要依据。通过一些实验、思考和讨论，能够帮助学生认识金属冶炼过程往往需要消耗大量的能量，也容易造成严重的环境污染，从而使学生充分理解改进工艺条件、节能降耗、回收废旧金属等，就成为与冶炼金属同样重要的问题，有利于培养学生关心社会、热爱生活的习惯。课堂教学方案 金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂等)，多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提

3、炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。由此我们知道不活泼的金属为什么最早使用，当时简单的冶炼技术只能冶炼不活泼的金属！而活泼金属则需要的冶炼技术较为复杂！那么，怎样从金属矿物中得到金属呢？不同的金属冶炼方法是否相同呢？课前预习安排：1

4、看教材P8890，填写【课前自主研习】栏目中的空白，并完成【合作探究】。2建议方式：同学先自主完成，再进行小组讨论交流。课上教学步骤：步骤1：导入新课，本课时教学地位分析。步骤2：对【合作探究】1、2进行提问，反馈学生预习效果。步骤3：师生进行互动【课堂释疑拓展】，完成【探究1】。利用【问题导思】的设问作为主线。步骤4：教师通过【例1】和教材P88讲解研析，对【探究1】进行讲解。步骤5：指导学生自主完成【巩固掌握1】和【当堂自主纠错】中14题，验证学生对探究点的理解掌握情况。检验目标的实现。步骤6：师生互动完成【探究2】。可利用【问题导思】中的问题作为主线。步骤7：通过【例：通过【例2】和教材

5、】和教材P89“铝热反应的实验装置铝热反应的实验装置”讲讲解研析，对【探究解研析，对【探究2】提出的问题进行总结分析。】提出的问题进行总结分析。步骤8：指导学生自主完成【巩固掌握：指导学生自主完成【巩固掌握2】和【当堂自主纠】和【当堂自主纠错】中5题。步骤9：指导学生自主总结本课所学知识框架，完成【自主：指导学生自主总结本课所学知识框架，完成【自主小结】。安排学生课下完成【课后知能检测】。小结】。安排学生课下完成【课后知能检测】。A部分必做，部分必做，B部分交流完成，部分交流完成，C部分选做。部分选做。学习目标定位 课标解读 重点难点 1.知道根据金属的活动性不同，可分别采用加热、电解、热还原

6、等方法冶炼金属 2能从能量的角度选择金属的冶炼方法 3能够书写相关的化学方程式 1.在掌握金属冶炼原理的基础上，了解不同金属的冶炼方法(重点)2了解化学方法在金属矿物开发中的作用(重难点)课前自主研习 知识知识1 金属在自然界的存在形态金属在自然界的存在形态 1金、铂等极少数金属以_形式存在。形式存在。2绝大多数金属以_形式存在。在金属化合物中，金属元素都显_。【答案】1.单质 2.化合物 正价 【合作探究【合作探究1】在自然界中，金属为什么大多数以化合态存在？【提示】【提示】大多数金属比较活泼，容易与空气中的水、氧气等反应，故大多数金属以化合物形式存在于自然界中。知识2 金属的冶炼和回收利用

7、 1金属冶炼的定义 将金属从其_中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。2从金属矿物中提炼金属的一般步骤 富集除去杂质，提高矿物中有用成分的含量 冶炼将金属元素还原为单质 精炼采用适当方法提纯金属 3金属冶炼的常用方法 冶炼方法 实例(写出常见金属冶炼的化学方程式)热分解法 电解法 热还原法 湿法炼铜 火法炼铜 4.有效利用金属资源的途径(1)提高金属矿物的_；(2)减少金属的_；(3)加强金属资源的_；(4)使用_代替金属材料。【答案】【答案】1.化合物 32HgO=2HgO2 2Ag2O=4AgO2 2NaCl(熔融)=电解2NaCl2 MgCl2(熔融)=电解M

8、gCl2 2Al2O3(熔融)=电解冰晶石4Al3O2 Fe2O33CO=高温2Fe3CO2 Fe2O32Al=高温2FeAl2O3 FeCuSO4=FeSO4Cu Cu2SO2=高温2CuSO2 4利用率 使用量 回收和再利用 其他材料 【合作探究【合作探究2】金属冶炼的本质是什么？金属冶炼的本质是什么？【提示】【提示】金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原。【合作探究【合作探究3】铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚的多？【提示】【提示】铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚的多。课堂释疑拓展 探究探

9、究1 金属的冶炼金属的冶炼 1人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？系？【提示】【提示】金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。2能否用电解AlCl3的方法冶炼Al？工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO制取镁呢？(MgO的熔点：2 852，MgCl2的熔点：712)【提示】不能，因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电。由于M

10、gO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg。3金属的冶炼必须在高温下进行吗？金属的冶炼必须在高温下进行吗？【提示】不一定，加热法冶炼金属是因为这些化合物不稳定，受热易分解，这就不需太高的温度，而热还原法往往在高温下进行，电解法要看被电解物质的具体情况。很活泼的金属要电解熔融物，就要高温。有的是电解某些溶液，如电解精炼铜，对溶液电解则不需高温。【温馨提醒】【温馨提醒】(1)分析金属活泼性顺序表可知，金属越活泼越容易失去电子，而其对应离子就越难得电子，也就是越难被还原成单质，金属冶炼时需要的条件越苛刻。(2)金属的冶炼方法通常用电解法、高

11、温还原法和热分解法。【典题例练【典题例练1】冶炼金属一般有下列4种方法：焦炭法 水煤气(或氢气、一氧化碳)法 活泼金属置换法 电解法。这4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(MgCl26H2O)中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是()A，B，C，D，【解析】【解析】金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的状态、金属活动性等有关，需要在理解的基础上加以记忆。、发生的反应分别是：.Cu2(OH)2CO3=2CuOCO2H2O C2CuO=2CuCO2.FeCuSO4=FeSO4Cu.2AlCr2O3=高温Al2O32Cr .先从光卤

12、石中提取先从光卤石中提取MgCl2，再电解熔融的，再电解熔融的MgCl2：MgCl2(熔融熔融)=电解MgCl2。则则属于方法属于方法，属于方法属于方法，属于方法属于方法，属于属于方法。综上分析，。综上分析，B选项不正确。【答案】B 规律方法规律方法 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强弱。在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原；金属的位置越靠前，越难被还原。金属活动性顺序表中KAl之间的活泼金属多用电解法制取其金属单质；其金属单质；ZnCu之间的中等活泼金属常用普通还原剂(如C、CO、H2等)还原法；Hg、Ag等不活泼金属常用热分解其化合物制取；Pt、

13、Au等金属在自然界中主要以单质形式存在，可用物理方法分离得到。1下列各种冶炼方法中，可制得相应的金属的是()A加热氧化铝 B加热碳酸钙 C电解熔融氯化钠 D氯化钠与铝粉高温共热 解析 铝为活泼金属，氧化铝受热很难分解，加热氧化铝不能制得铝，A项不正确；钙的化学性质活泼，加热碳酸钙可得到分解产物氧化钙，无法制得金属钙，B项不正确；电解熔融的氯化钠可制得金属钠，C项正确；钠比铝活泼，氯化钠与铝不反应，D项不正确。答案 C 探究探究2 热还原法冶炼金属的理解热还原法冶炼金属的理解 1热还原法常用的还原剂有哪些？热还原法常用的还原剂有哪些？【提示】【提示】焦炭、CO、H2、Al等。2热还原法有哪些优缺

14、点？热还原法有哪些优缺点？【提示】用C作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭和含碳化物，得不到纯度较高的金属。用CO作还原剂冶炼金属时，CO一般在冶炼炉中通过下列反应生成：CO2=高温CO2，CO2C=高温2CO，所以用CO还原剂冶炼得到的金属中混有杂质C，纯度不高。用H2作还原剂时，生成产物H2O在高温下以H2O(g)蒸发出去，使制得的金属纯度较高，但成本也较高。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，但是成本较高。3铝热反应中镁条的作用是什么？KClO3的作用是什么？【提示】镁条为引燃剂，产生的热能用来引发反应。而KClO3在受热状态下发生分解提供氧气，使镁条快速充

15、分燃烧，从而放出很多热量，即提供高温使Fe2O3和铝粉发生热还原反应。1实验 实验操作 实验现象 镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。反应放出大量的热，并发生耀眼的白光。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 涉及反应 2MgO2=点燃2MgO Fe2O32Al=高温Al2O32Fe 实验结论 在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热 2.铝热反应 概念 铝和一些较不活泼金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 原理 Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来 铝热剂 铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2

16、O5等)组成的混合物 反应特点 在高温下进行，反应迅速并放出大量热，新制的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 其他铝热反应方程式：其他铝热反应方程式：3MnO24Al=高温3Mn2Al2O3 Cr2O32Al=高温2CrAl2O3 3Co3O48Al=高温9Co4Al2O3 【温馨提醒】【温馨提醒】(1)镁条、铝粉表面要没有被氧化，且氧化铁粉末要干燥。(2)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定用水润湿，以防高温物质从四周溅出。【典题例练【典题例练2】如图所示，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

17、层。把内层纸漏斗取出，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，下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加上少量氯酸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。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：_ _；在该反应中_是氧化剂，_是还原剂，该反应称为_反应。(2)选出该实验的实验现象(填写在横线上)：_。镁条剧烈燃烧 放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射 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，液珠冷却后变为黑色固体 (3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部

18、剪一个孔：_；蒸发皿盛沙：_；镁条：_；氯酸钾：_。【解析】(1)铝热反应为2AlFe2O3=高温高温2FeAl2O3，该，该反应中反应中Fe2O3作氧化剂，作氧化剂，Al作还原剂。作还原剂。(2)全为该铝热反全为该铝热反应的现象。(3)铝热反应实验中铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；斗底部剪一个孔；为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛细为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛细沙；沙；反应中镁条引起氯酸钾分解；反应中镁条引起氯酸钾分解；氯酸钾引发铝热反应。氯酸钾引发铝热反应。【答案】【答案】(1)Fe2O32Al=高温高温Al2O32Fe

19、Fe2O3 Al 铝热铝热(2)(3)使熔融物易于落下使熔融物易于落下 防止溅落物炸裂蒸发皿 引燃剂，引燃剂，提供铝热反应所需热量 助燃剂，提供镁条燃烧所需氧化剂助燃剂，提供镁条燃烧所需氧化剂 规律方法规律方法 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氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂，注意Al和MgO组成的混合物不能称之为铝热剂。2下列对铝热反应的说法错误的是下列对铝热反应的说法错误的是()A铝能用来冶炼难熔金属(如如Cr、V、Mn等等)，因为铝热剂，因为铝热剂中铝是还原剂，且在反应中放出大量热中铝是还原

20、剂，且在反应中放出大量热 B铝热剂是纯净物铝热剂是纯净物 C铝与铝与Fe2O3可组成铝热剂 D铝热反应是放热反应铝热反应是放热反应 解析 活泼的金属可作还原剂，将相对不活泼的金属还原出来，铝作还原剂，且铝热反应放出大量的热，使炼得的金属变为液态，便于分离；Al和Fe2O3可组成铝热剂，属于混合物，B项错误。答案 B 【教师备课资源】教师用书独具 铝的冶炼史 1825年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了，所以不允许大规模地生产铝。又过了27年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪着金属光泽的小铝球。因此在1

21、9世纪，铝是一种珍贵的金属，它的价格同黄金相当。1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯马丁霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授(这位教授正是维勒的学生)说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。霍尔在自己家里的柴房中办一个家庭实验室，经过两年的不断探索终于在1886年2月的一天，他终于看到小球状的铝聚集在阴极上，后来，这些铝球竟成为“王冠宝石”，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。霍尔与埃

22、鲁在遥远的两大洲，同年来到人世(1863年)又同年发明了电解炼铝法(1886年)。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷，但后来却成为莫逆之交。1911年，当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式。亲自向霍尔表示祝贺。或许是上天的旨意，1914年，这两位科学家又都相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。当堂自主纠错 1下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是()选项 冶炼原理 方法 A 2HgO=2HgO2 热分解法 B 2Al2O3(熔融)=电解冰晶石4Al3O2 电解法 C Cu2SO2=高温2CuSO2 热分解

23、法 D Fe2O32Al=高温2FeAl2O3 热还原法 解析 活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D项正确。C项错误，C项为火法炼铜。答案 C 2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。下列跟这个先后顺序有关的是()地壳中金属元素的含量 金属活动性顺序 金属的导电性 金属冶炼的难易程度 金属的延展性 A B C D 解析 金属的活泼性决定了金属冶炼的难易程度。答案 D 3金属冶炼的实质是()A金属元素失去电子 B金属元素获得电子 C金属元素被氧化了 D金属元素可能被氧化了，也可能被还原了 解析 大多数金属元素在自然界中以化合态形式存在，其化合价为正价，在冶炼过程中得电子被还原，故B项正确。答案 B 4电解无水MgCl2所得镁蒸气冷却后即得固体镁。镁可在下列哪种气体氛围中冷却()AH2 BCO2 CO2 D空气 解析 Mg在加热条件下可与O2、CO2反应。故选A项。答案 A 5下列氧化物不能与铝粉组成铝热剂的是()ACr2O3 BMnO2 CV2O5 DMgO 解析 铝热剂必须是金属铝粉与金属活动性比Al弱的金属氧化物组成，这样才能在引燃后用Al将其金属从其氧化物中置换出来。答案 D