第一節自然資源的開發利用第1課時金屬礦物的開發利用第八章化學與可持續發展素養目標1.通過金屬冶煉原理的學習和冶煉方法的歸納,理解氧化還原反應在金屬礦物開發中的應用,構建金屬冶煉的思維模型,發展證據推理與模型認知的學科核心素養。2.通過鋁的冶煉成本的計算,認識合理開發和利用金屬資源的重要性和必要性,發展科學態度與社會責任的學科核心素養。基礎落實

必備知識全過關一、自然資源與可持續發展1.自然資源(1)自然資源是人類社會發展不可或缺的自然物質基礎,包括土地與土壤資源、

資源、生物資源、

資源、

資源、

資源等。

(2)自然資源根據其能否再生可以分為

資源和

資源。

2.可持續發展可持續發展目標是在滿足

的同時,強調人類的行為要受到

的制約,強調人類代際之間、人類與其他生物種群之間、不同國家和不同地區之間的公平。

礦產水能源環境可再生不可再生人類需要自然界二、金屬礦物的開發利用1.金屬元素在自然界中的存在2.金屬的冶煉

游離態化合態還原化合態游離態3.金屬冶煉的方法(1)熱分解法對于一些不活潑金屬,可以直接用加熱分解的方法將其從化合物中還原出來。寫出加熱分解HgO制取Hg的化學方程式:

。(2)電解法對一些非常活潑的金屬,采用一般的還原劑很難將其從化合物中還原出來,工業上常采用電解法冶煉。工業上電解冶煉Na、Mg的化學方程式分別為

、

。

2HgO2Hg+O2↑2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑(3)熱還原法大部分金屬的冶煉都是通過在高溫下發生的氧化還原反應來完成的,常用的還原劑有

、

、氫氣等。一些活潑金屬也可作還原劑,將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來。例如,Fe2O3與Al發生鋁熱反應的原理是

。

焦炭一氧化碳Fe2O3+2Al2Fe+Al2O34.合理開發和利用金屬礦物資源

5.鋁的工業生產原理

工業上采用電解法冶煉金屬鋁的化學方程式:

。

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑教材拓展化學與可持續發展(1)資源、能源、材料、環保、健康、安全等是當今社會重要的研究主題,化學在其研究與應用中發揮著重要作用。(2)人類面臨的巨大壓力是自然資源過度消耗、生態環境趨于惡化等。(3)自然資源開發利用與保護資源、保護環境是人與自然和諧相處的兩個相輔相成的重要方面。名師點撥金屬的冶煉(1)從金屬礦石中提取金屬的一般步驟:礦石富集→金屬冶煉→精煉。(2)金屬冶煉的實質:用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子,從而獲取金屬單質。教材拓展冶煉金屬的其他方法(1)物理方法:某些很不活潑的金屬,如Au、Pt等,在自然界中一般以游離態存在,可以通過物理方法富集并提純,如利用水洗法“淘金”。(2)濕法冶金:利用溶液中發生的化學反應,對原料中的金屬進行提取和分離的方法。如Fe+CuSO4══FeSO4+Cu(濕法煉銅:“曾青得鐵則化為銅”)。(3)火法冶金:利用高溫加熱從礦石中提取金屬或其化合物的方法稱為火法冶金。如Cu2S+O22Cu+SO2(火法煉銅)。(4)特殊方法:如利用沸點不同,可用高沸點金屬制取低沸點金屬。如Na+KClK↑+NaCl。【注意】該反應不符合以前學習過的置換反應規律,其之所以能夠發生,是因為鉀變為氣體,脫離了反應體系,影響了化學平衡。深度思考鋁是地殼中含量最高的金屬元素,為什么鋁的發現和利用卻比銅和鐵晚很多?提示

鋁是非常活潑的金屬,Al3+的氧化性較弱,用一般的熱還原法不能獲得金屬鋁,只能采用電解法冶煉。重難突破

能力素養全提升探究角度1

金屬的冶煉與其活動性的關系例1(2024·江蘇蘇州高一期中)金屬的冶煉體現了人類文明的發展歷程,下列關于金屬冶煉的說法正確的是(

)A.制鋁:電解熔融AlCl3B.煉鐵:用焦炭和空氣反應產生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物C.制銅:“曾青(CuSO4)得鐵則化為銅”的過程發生了復分解反應D.制鈉:電解NaCl溶液可獲得金屬NaB解析

AlCl3是共價化合物,熔融時不導電,工業上采用電解熔融Al2O3的方法冶煉金屬鋁,A錯誤;用焦炭和空氣反應產生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物冶煉鐵,B正確;“曾青(CuSO4)得鐵則化為銅”的過程發生反應Fe+CuSO4══FeSO4+Cu,屬于置換反應,C錯誤;工業上采用電解熔融NaCl的方法獲得金屬Na,D錯誤。歸納總結金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系

[對點訓練1](2024·浙江寧波高一期中)下列常見金屬的冶煉原理不合理的是(

)A解析

Al的還原性強于氫氣,氫氣不能與氧化鋁反應制Al,A錯誤;Hg為不活潑金屬,通常直接加熱其氧化物冶煉Hg,B正確;Al的還原性強于Fe,可利用鋁熱反應將Fe從其氧化物中還原出來,C正確;Cu為不活潑金屬,Cu2S與氧氣在高溫條件下反應可制得Cu,D正確。探究角度2

鋁熱反應的原理及應用例2(2024·四川達州高一期末)利用如圖裝置做鋁熱反應實驗。下列說法不正確的是(

)A.實驗現象為火星四濺,漏斗下方有紅熱熔融物流出B.鋁熱反應原理可用于冶煉某些高熔點金屬C.該反應的化學方程式是2Al+Fe2O32Fe+Al2O3D.鋁熱反應實驗中不涉及的反應類型是化合反應D解析

鋁熱反應放出大量的熱,產生高溫、發出強光,可使生成的鐵熔化,因此實驗現象為火星四濺,漏斗下方有紅熱熔融物流出,A正確;鋁熱反應放出大量的熱,產生高溫,因此鋁熱反應原理可用于冶煉某些高熔點金屬,B正確;該反應為置換反應,化學方程式為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,C正確;鎂的燃燒是化合反應,氯酸鉀的分解是分解反應,鋁熱反應是置換反應,因此鋁熱反應實驗中涉及化合反應,D錯誤。歸納總結鋁熱反應的原理及其應用

[對點訓練2](教材改編題)鋁熱反應有廣泛的用途,實驗裝置如圖1所示。下列說法正確的是(

)A.鋁熱反應的能量變化可用圖2表示B.工業上可用鋁熱反應的方法提取鎂C.在鋁熱反應過程中沒有涉及的化學反應類型是置換反應D.該鋁熱反應的化學方程式是8Al+3Fe3O44Al2O3+9FeA解析

鋁熱反應是放熱反應,反應物的總能量高于生成物的總能量,A正確;由于鎂比鋁更活潑,故不能用鋁熱反應的方法提取鎂,B錯誤;鋁熱反應過程中,鋁可置換出難熔的金屬,C錯誤;鋁和氧化鐵發生鋁熱反應的化學方程式為2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,D錯誤。隨堂檢測

全達標1234題組1金屬冶煉的原理與方法1.(2024·江西宜春高一期末)從石器、青銅器到鐵器時代,金屬的冶煉體現了人類文明的發展水平。下列有關金屬冶煉的說法正確的是(

)A.工業冶煉鈉使用的方法是電解飽和NaCl溶液B.工業煉鐵的還原劑是COC.工業上金屬Mg、Al都是通過電解熔融的氯化物制得的D.金屬被人類開發利用的時間先后順序主要取決于金屬在地殼中的含量B1234解析

工業冶煉鈉使用的方法是電解熔融的NaCl,A錯誤;工業煉鐵的還原劑是CO,CO和氧化鐵在高溫下反應生成鐵和二氧化碳,B正確;工業上金屬Mg是用電解熔融的氯化鎂制得的,Al是用電解熔融的氧化鋁制得的,C錯誤;金屬被人類開發利用的時間先后順序主要取決于金屬的活潑性,活潑性越弱的金屬越先被開發利用,D錯誤。12342.(2024·北京西城區高一期中)下列冶煉金屬的原理不正確的是(

)A.電解飽和食鹽水和熔融NaCl均可制備金屬鈉B.加熱分解Ag2O制備金屬銀C.Fe2O3與CO高溫下反應制備金屬鐵D.Fe與CuSO4溶液反應制備金屬銅A解析

鈉與水劇烈反應,電解飽和食鹽水不能制備Na,A錯誤;Ag2O受熱分解可得到Ag和O2,B正確;CO可將Fe2O3還原為Fe,C正確;利用反應Fe+CuSO4══Cu+FeSO4可制得Cu,D正確。1234題組2金屬的冶煉過程及分析3.(2024·江西南昌高一期末)合理、高效地開發、利用金屬礦物,將其中的金屬從其化合物中還原出來,用于生成各種金屬材料,這一過程在工業上稱為金屬的冶煉。下列有關金屬冶煉的說法不正確的是(

)A.電解熔融NaCl制取金屬鈉的反應中,鈉元素被還原,氯元素被氧化B.古法煉銅“曾青得鐵則化為銅”的反應中,利用的是置換反應的原理C.用鋁熱法原理煉鐵的反應中,1molFe3O4被Al還原成Fe,轉移9mole-D.高爐煉鐵的主要反應是用CO還原Fe2O3進行煉鐵C1234解析

電解熔融NaCl制取金屬鈉的反應中,Na+得電子生成Na,Cl-失電子生成Cl2,鈉元素得電子被還原,氯元素失電子被氧化,A正確;“曾青得鐵則化為銅”的原理為鐵與硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅,該反應屬于置換反應,B正確;在鋁熱反應煉鐵過程中,1

mol

Fe3O4被Al還原生成Fe,Fe元素化合價從+2、+3價降低為0價,轉移電子數為1

mol×2+2

mol×3=8

mol,C錯誤;高爐煉鐵主要是利用CO的還原性將Fe2O3還原為Fe,D正確。12344.(2024·廣東東莞高一期末)鋁熱反應可冶煉金屬鐵:2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,能量變化如圖所示,下列說法正確的是(

)