8.1.1 金属矿物与海水资源的开发利用（讲义）（带答案解析）-2023-2024学年高一化学同步精讲讲义（人教版2019必修第二册）

第一节自然资源的开发利用（1）金属矿物与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，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴碘、金属镁的化学反应原理 阅读课本98页资料卡片，回答下列问题： 1.自然资源包括哪些种类？ 包括：土地和土壤资源，矿产资源，生物资源，水资源，能源资源，环境资源等 2.自然资源根据能否再生可分为什么种类？举出几个实例。 可再生资源：植物、微生物、可降解塑料袋、水资源、地热资源 不可再生资源：金属矿产和非金属矿产（煤、石油、天然气、土壤等） 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（单质）的形式存在。如：金和铂 (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 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（化合态）（游离态）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 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性逐渐减弱 金属阳离子的得电子能力逐渐增强 (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氢后面的不活泼的金属；像汞、银等不活泼金属，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。 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Zn～Cu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。 ①焦炭还原法： C＋2ZnO2Zn＋CO2↑ ②一氧化碳还原法：(炼铁)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＋Fe2O3Al2O3＋2Fe (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，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。 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑、MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑ 、2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 小结：金属的活泼性与冶炼方法的关系： 【思考】已知有关物质的熔沸点数据如下表 (1)工业上为什么常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,而不用电解MgO的方法生产镁? MgO的熔点远高于MgCl2,所以电解熔融的MgO需要更多的能量,更高的温度,成本更高 (2)工业上为什么常用电解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生产金属铝,而不用电解AlCl3的方法生产铝? 从表中可以发现,AlCl3的熔点很低,且沸点比熔点低,易升华; 熔融时不存在离子,不能导电,故不能被电解 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)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皿，把混合均匀的氧化铁粉末和铝粉倒入纸漏斗中　 ④再在上面加少量氯酸钾，并在混合物中间插一根镁条 ⑤点燃镁条，观察发生的现象 实验装置 实验现象 ①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 实验结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 操作要点