8.1 自然资源的开发利用（第1课时 金属矿物的开发利用）-2022-2023学年高一化学同步素养目标精品讲义（人教版2019必修第二册）

第八章 第一节 化学与可持续发展 第1课时 金属矿物的开发利用 榆次一中 李金虎 【学习目标】 1. 了解金属在自然界中的存在形态，熟知金属冶炼的方法及其原理，掌握铝热反应的原理和实验。 2. 以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用，体会保护金属资源的重要性。 【素养目标】 1． 通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模型。培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。 2． 体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，解释化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。培养学生“科学态度和社会责任”的学科素养。 必备知识与关键能力 知识点一：自然资源与可持续发展 1．自然资源 指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。 2．可持续发展的目标 是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。 知识点二：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)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。 (2)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。 (3)在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。 2．金属冶炼原理与实质 (1)原理：金属从化合物中还原出来。 (2)实质：化合物中金属得到电子被还原生成金属单质，即：Mn++ne−===M。 3．金属冶炼方法 (1)加热分解法 ①制Hg：2HgO2Hg＋O2↑。 ②制Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。 (2)电解法 ①制Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 ②制Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。 ③制Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 (3)热还原法：高温加热条件下用还原剂把金属还原出来 ①常用还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、铝等。 ②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。 ③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。 【点拨】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，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。 【归纳总结】 金属冶炼方法与金属活动性的关系 金属活动性顺序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 金属原子失电子能力 强―→弱 金属离子得电子能力 弱―→强 主要冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法 富集法 常用的热还原法 4．合理开发和利用金属资源的主要途径 (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。 典例1． 下列说法中，正确的是(　　) A．简单地说，金属的冶炼就是把金属单质从其矿物中分离出来 B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化 C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原 D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原 【答案】C 【解析】金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质，因此，金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原。 典例2． 下列金属冶炼原理错误的是(　　) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2Mg＋H2O C．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 D．2HgO2Hg＋O2↑ 【答案】B 【解析】Na、Mg通常用电解法制取，Fe用还原剂法制取，Hg可用加热其化合物的方法制取。Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，B项错。 【知识拓展】铝热反应 1．铝热反应原理 (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：铝粉和某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5、MnO2等)的混合物。 (4)反应特点： ①在高温下进行。 ②反应迅速并放出大量的热。 ③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 (5)应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属，如V、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。 2．铝热反应实验 实验操作 实验现象 (1)镁条剧烈燃烧；(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；(3)反应放出大量的热，