高中化學(xué)第一單元金屬的冶煉方法學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

第一單元　金屬的冶煉方法基礎(chǔ)課時20　金屬的冶煉方法學(xué) 習(xí) 任務(wù)1.熟知鐵、鋁的冶煉原理和方法。2.知道金屬在自然界中的存在形態(tài)和金屬冶煉的一般方法，會寫相關(guān)的化學(xué)方程式。3.認(rèn)識我國古代文明與金屬冶煉的關(guān)系；感受物質(zhì)制備中豐富的化學(xué)思想。知識點一　金屬的物理性質(zhì)1．金屬材料的優(yōu)異性能有良好的可塑性，堅固耐用，具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。2．金屬的存在形式(1)在自然界中，只有少量的金屬元素以游離態(tài)形式存在于地殼中，如自然金和自然銀等。通過熔鑄的方法即可對金屬進(jìn)行加工和鍛造。(2)地殼中的大部分金屬元素都是以化合態(tài)形式存在的。例如，鐵元素存在于赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)中，鋁元素存在于鋁土礦(主要成分是Al2O3)中。微點撥：金屬的存在形式與其活動性有關(guān)。一般而言，活動性較強(qiáng)的金屬，在自然界以各種各樣的化合態(tài)存在；活動性較弱的金屬，可能以游離態(tài)存在。有的金屬元素還能以游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式存在。　判斷下列說法是否正確。(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)由于鐵性質(zhì)比較活潑，所以自然界中沒有游離態(tài)的鐵單質(zhì)。 (×)(2)金屬元素主要存在于地殼的礦石中，海洋中幾乎沒有金屬元素。 (×)(3)由于銀活動性較弱，在自然界中只有游離態(tài)的自然銀沒有化合態(tài)的銀礦石。????????????? ????????????? (×)(4)鋁的活動性較強(qiáng)，所以鋁被人類開發(fā)利用年限較早。 (×)(5)金屬銅是人類使用和開發(fā)比較早的金屬之一。 (√)知識點二　金屬的冶煉1．金屬冶煉利用化學(xué)反應(yīng)使金屬元素從化合態(tài)變為游離態(tài)的過程稱為金屬冶煉。工業(yè)上常用的金屬冶煉方法有熱分解法、高溫還原法和電解法等。2．常用金屬冶煉方法(1)金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系(2)冶煉方法的應(yīng)用實例(3)鋁熱反應(yīng)實驗實驗原理Al作還原劑，金屬氧化物作氧化劑，用鋁將氧化物中的金屬置換出來實驗操作實驗現(xiàn)象(1)鎂條劇烈燃燒　(2)氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng)　(3)反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的白光　(4)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中實驗結(jié)論在高溫下，鋁粉與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱，化學(xué)方程為2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3微點撥：(1)鋁熱反應(yīng)的引燃劑為鎂帶，助燃劑為氯酸鉀。(2)鋁熱劑為混合物，是由鋁粉和某些難熔的金屬氧化物(Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末按一定比例組成的。(3)鎂帶要打磨除去表面的氧化膜，否則難以點燃；氧化鐵粉末與鋁粉要選擇干燥的；鋁粉要用沒有被氧化的，否則反應(yīng)難以進(jìn)行。(4)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。　判斷下列說法是否正確。(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)赤鐵礦的主要成分為Fe3O4。 (×)(2)MgO與Al粉的混合物也可稱為鋁熱劑。 (×)(3)活潑的金屬如Na、Mg、Al可采用電解法冶煉。 (√)(4)高爐煉鐵中加入的石灰石只會產(chǎn)生爐渣，無其他作用。 (×)(5)高爐煉鐵中其實還原氧化鐵的還原劑是CO。 (√)　當(dāng)鐵軌有縫隙時，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？提示：高溫條件下，鋁粉與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng)：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。探究正確選擇金屬冶煉的原理與方法化學(xué)科學(xué)的發(fā)展是人類文明進(jìn)步的重要推動力。金屬冶煉技術(shù)的進(jìn)步，是人類文明進(jìn)步的一個體現(xiàn)。[問題1]　自然界中絕大多數(shù)的金屬是以化合態(tài)的形式存在，怎樣將它們轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賳钨|(zhì)呢？金屬冶煉的實質(zhì)是什么？提示：在化合物中，金屬元素都顯正價態(tài)。將金屬從其化合物中還原出來，用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料，這一過程在工業(yè)上稱為金屬冶煉。金屬冶煉的實質(zhì)是Mn＋＋ne－===M。[問題2]　如圖是我國古代和現(xiàn)代冶金的兩張圖片，那么人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動性有什么關(guān)系？提示：金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活潑性。金屬越活潑，冶煉時所需條件要求越高，在人類歷史上出現(xiàn)的時間越晚；金屬越不活潑，冶煉的方法越簡單，人們使用的時間越早，所以有青銅、鐵器等時代的發(fā)展歷程。[問題3]　根據(jù)上述圖片，分析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：否。有些金屬單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，如金、鉑等，在自然界中主要以游離態(tài)形式存在，獲得這些金屬就不需要發(fā)生氧化還原反應(yīng)，用富集的方法就可以，如淘金。常見幾種金屬的冶煉誤區(qū)(1)工業(yè)上冶煉Al時用Al2O3而不用AlCl3，因為AlCl3為共價化合物，熔化后不導(dǎo)電。此外，冶煉Al時需加入冰晶石(Na3AlF6)，以降低熔化溫度。(2)工業(yè)上冶煉Mg時用MgCl2而不用MgO，因為MgO的熔點很高，耗能大。(3)Au、Pt一般用物理法提取。(4)利用鋁熱反應(yīng)不能冶煉還原性比Al強(qiáng)的金屬，如Mg、Na等。1．冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法　②水煤氣(或氫氣或一氧化碳)法　③活潑金屬置換法　④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅、(Ⅱ)濕法煉銅；現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻、(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂。對它們的冶煉方法的分析不正確的是(　　)A．(Ⅰ)用①　 B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④B　[選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活潑性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)發(fā)生的反應(yīng)分別是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr，符合③；(Ⅳ)：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，符合④。]2．如圖所示，將兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，并套在一起，使四周都有四層。把內(nèi)層紙漏斗取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再跟另一個紙漏斗套在一起，架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5 g干燥的氧化鐵粉末和2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀，并在混合物中間插一根鎂條。用小木條點燃鎂條，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實驗信息，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)選出該實驗的實驗現(xiàn)象：________(填寫在橫線上)。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孔：______________________________________________________________；蒸發(fā)皿盛沙：__________________________________________________；鎂條：________________________________________________________；氯酸鉀：______________________________________________________。(4)如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　鋁粉和某些難熔的金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物叫鋁熱劑，在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)，可用來冶煉難熔的相對較不活潑的金屬(如V、Cr、Mn等)、焊接鋼軌等。利用鎂條燃燒放熱從而引發(fā)鋁熱反應(yīng)，同時促使KClO3分解產(chǎn)生O2，使鎂條快速燃燒。[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　引燃劑，引發(fā)鋁熱反應(yīng)，并引起氯酸鉀分解　助燃劑，為鎂條繼續(xù)燃燒提供氧氣　(4)用磁鐵吸引生成物，磁鐵上有黑色物質(zhì)被吸附，則證明生成物中有金屬鐵1．從石器、青銅器到鐵器時代，金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展水平。如圖表示了三種金屬被人類開發(fā)利用的大致年限，之所以有先后，主要取決于(　　)A．金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱 B．金屬在地殼中的含量多少C．金屬的化合價高低 D．金屬的活潑性強(qiáng)弱D　[由于人類掌握科學(xué)知識的局限性，越活潑的金屬越難以冶煉，故發(fā)現(xiàn)年代越晚。]2．下列說法中正確的是(　　)A．金屬的冶煉是把金屬單質(zhì)從其礦物中分離出來B．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬只能被氧化C．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬只能被還原D．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬既可被氧化，也可被還原C　[金屬冶煉的原理是利用氧化還原反應(yīng)，把金屬礦物中的金屬陽離子還原成金屬單質(zhì)。在金屬的冶煉過程中，被冶煉的金屬只能得到電子被還原。]3．下列冶煉方法中不能將化合物中的金屬元素還原為金屬單質(zhì)的是(　　)A．加熱Al2O3 B．加熱HgOC．電解熔融NaCl D．鋁粉和Fe2O3共熱A　[汞用加熱HgO制??；金屬鈉是活潑金屬，用電解法制??；A項中加熱Al2O3難以分解；D項中鋁粉和Fe2O3組成鋁熱劑，可將Fe2O3中的鐵還原成單質(zhì)。]4．金屬鋰是密度最小的金屬，與等質(zhì)量的其他金屬相比，鋰可以釋放出更多的電子，故常用來制造高性能電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，則冶煉金屬鋰應(yīng)采用的方法是(　　)A．電解法　 B．熱還原法C．熱分解法 D．鋁熱法A　[金屬冶煉方法與金屬活動性順序的關(guān)系：金屬鋰的活動性介于鈉與鎂之間，應(yīng)采用電解法冶煉金屬鋰。]5．鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，自遠(yuǎn)古時代人類就學(xué)會了煉鐵，到目前為止，人類研制出了很多煉鐵的方法。某研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在實驗室中模擬工業(yè)煉鐵的過程，實驗裝置如圖：(1)寫出得到單質(zhì)鐵的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________。(2)實驗過程中看到玻璃管內(nèi)的粉末由紅棕色逐漸變黑，請設(shè)計一個實驗來驗證生成了單質(zhì)鐵：_________________________________________________________________________________________________________________。(3)裝置末端氣球的作用為________________________________________________________________________________________________________。實驗結(jié)束時，應(yīng)該先停止加熱還是先停止通入CO并說明原因______________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]　檢驗是否生成單質(zhì)，在反應(yīng)結(jié)束后，待玻璃管內(nèi)的固體冷卻，取少量放于試管中，加少量鹽酸，若產(chǎn)生無色無味氣體(H2)，則證明生成了單質(zhì)鐵(合理即可)；反應(yīng)結(jié)束后，得到的鐵還是赤熱的，若先停止通入CO，會導(dǎo)致鐵又被氧化，所以，應(yīng)該先停止加熱，待玻璃管內(nèi)的固體冷卻后，再停止通入CO。[答案]　(1)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(2)取少量黑色粉末放于試管中，加少量鹽酸，若產(chǎn)生無色無味氣體，則證明生成了單質(zhì)鐵(合理即可)(3)收集未反應(yīng)的CO，防止污染空氣　先停止加熱，防止生成的鐵再次被氧化

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