基础课时21 金属矿物、海水资源的开发利用 学习目标 1.了解金属在自然界中的存在形式,理解金属冶炼的一般原理,掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法。2.了解海水的主要组成元素、海水资源及开发利用的主要方式,掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法。 3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识,体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。 一、金属矿物的开发利用 (一)知识梳理 1.金属元素的存在形式 2.金属的冶炼 (1)金属的冶炼 将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来,用于生产各种金属材料,这一过程在工业上称为金属的冶炼 。 (2)原理:利用氧化还原反应原理,在一定条件下,使金属离子得到电子被还原成金属原子,从而获得金属单质。即Mn++ne-===M。 (3)冶炼的方法(写出对应化学方程式) 3.金属矿物资源的开发和利用 (1)提高金属矿物的利用率; (2)开发环保高效的金属冶炼方法; (3)防止金属的腐蚀; (4)加强废旧金属的回收和再利用; (5)使用其他材料代替金属材料。 (二)互动探究 材料1 下图是人类冶炼金属的历史时间 材料2 下图是从铝土矿和废旧铝质饮料罐获取铝的工艺流程: a. b.废旧铝质饮料罐液态铝铝锭 ( 资料卡片 : ( 1 ) 以铝土矿为原料生产 1 kg 铝的资源及能耗 铝土矿 : 4 kg 煤 : 0.5 kg 燃料油 : 0.25 kg 纯碱 : 0.5 kg 石灰 : 0.5 kg 氟化钙 : 0.04 kg 焙烧碳素 : 0.6 kg 冰晶石 : 0.03 kg 电能能耗 ≥6.7×10 7 J ( 2 ) 以废旧饮料罐生产 1 kg 铝消耗资源及能耗废旧饮料罐 1.01 kg , 电能能耗 ≤3.35×10 6 J ) 材料3 利用铝热反应可以在野外焊接大截面的钢轨,其原理为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,某小组用如图所示仪器及试剂探究铝热反应。 其实验现象记录如下:①剧烈反应,火星四射。②放出大量的热,纸漏斗下端被烧穿,有红热熔融物落入细沙上,冷却后变为黑色固体。 【问题讨论】 问题1 分析推测人类发现和使用金属材料受哪些因素的影响 为什么 提示 影响因素主要是金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。因为金属越活泼其还原性就越强,离子的氧化性越弱,得电子能力越弱,就越难被还原,故使用的时间越晚。 问题2 计算表明,生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8×106 J,回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿得到铝相比,前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较, 从能源消耗和环境污染两个角度分析,为什么要加强废旧金属回收利用 提示 从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量,用铝土矿生产铝,能耗高,资源消耗量大,在生产过程中会产生大量的废气、废液及废渣,对大气、水体及土壤会产生很大污染;而用废旧饮料罐生产铝,能耗低,资源消耗量小,对环境污染很小,变废为宝,既可以减少废旧金属对环境的污染,还可以提高矿物有效利用率,是可持续发展的必然要求。 问题3 根据铝热反应的有关描述,回答以下问题: (1)铝热反应需要高温条件,是否还需要持续加热 提示 铝热反应为放热反应,放出的热可以维持反应继续进行,因此不需要持续加热。 (2)实验中,镁条、氯酸钾的作用是什么 引发反应的操作是什么 提示 镁条是引燃剂,氯酸钾为助燃剂,点燃镁条,促使氯酸钾分解,释放出氧气,使镁条更剧烈燃烧,单位时间内放出更多热量,从而引发Al和Fe2O3发生反应。 (3)蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么 提示 一是防止蒸发皿炸裂,二是防止生成的熔融物溅出。 【探究归纳】 1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 在金属活动性顺序中,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。 2. 冶炼镁时,选择MgCl2而不是MgO ,因为MgO熔点高,耗能多;冶炼铝时,选择Al2O3而不是AlCl3,因为AlCl3的沸点比熔点低,易升华,是共价化合物,熔融状态下不导电。 3.铝热反应是利用铝的强还 ... ...
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