课时8.1.1 金属矿物与海水资源的开发利用 （含答案）必修 第二册 第八章 化学与可持续发展

金属矿物与海水资源的开发利用 【学习目标】 1、知道金属在自然界中的存在形态，金属冶炼的一般方法和原理，会写相关反应的化学方程式 2、知道海水淡化的意义和方法，熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理 【主干知识梳理】 一、金属矿物的开发利用 1、金属元素在自然界中存在的形态 (1)游离态：化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态的形式存在。如：金和铂以及少量的银和铜 (2)化合态：化学性质比较活泼的金属，在自然界中能以化合态的形式存在。如： Al、Na 【微点拨】 ①少数金属在自然界中能以游离态的形式存在；而大多数的金属在自然界中能以化合态的形式存在 ②在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁 2、金属冶炼的原理和实质 (1)原理：利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂或者加热、电解的方法把金属化合物还原为金属单质 (2)实质：金属离子金属单质，即Mn＋＋ne－―→M 3、金属冶炼的主要步骤 ①矿石的富集 (目的：除去杂质，提高矿石右的有用成分的含量) ②冶炼 (目的：得到金属单质) ③精炼 (目的：提高金属的纯度) 4、金属冶炼方法———根据金属的活泼性 (1)物理提取法：Au、Pt在自然界中主要以游离态存在 (2)热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位置靠后的不活泼的金属；像汞、银等不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。适用范围是不活泼的金属Hg和Ag 2HgO2Hg＋O2↑、2Ag2O4Ag＋O2↑ (3)热还原法：适用于冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如：铝)等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。适用范围是较活泼的金属 Zn～Cu ①焦炭还原法：2PbO＋C2Pb＋CO2↑，C＋2ZnO2Zn＋CO2↑ ②一氧化碳还原法：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 ③氢气还原法：WO3＋3H2W＋3H2O ④活泼金属还原法(铝热反应)：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr 10Al＋3V2O56V＋5Al2O3 (4)电解法：位于金属活动性顺序表中氢前面的钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的还原性很强，这些金属单质都很容易失去电子，而其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。适用范围是活泼的金属 K～Al 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 、2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 【微点拨】 ①工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高 ②冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的 目的是降低Al2O3的熔化温度 ③金属的活泼性与冶炼方法的关系： ④金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原 5、铝热反应 (1)概念：铝与某些难熔金属氧化物(如：Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应 (2)反应原理：(以铝和氧化铁反应为例)：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 (3)铝热剂：铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、V2O5、Cr2O3、MnO2等)组成的混合 (4)反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈液态易Al2O3分离 (5)应用 ①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，如：3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3 ②金属焊接，如：野外焊接钢轨等 (6)实验过程 实验步骤 ①取一张圆形滤纸，倒入5克炒干的氧化铁(Fe2O3)粉末，再倒入2克铝粉、将两者混合均匀②用两张圆形滤纸，分别折叠成漏斗状，将其中一个取出，在底部撕一个孔，用水润湿下面一点，再跟 另一个漏斗套在一起，使四周都有4层③将折好的滤纸架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发 ... ...