第8章 第1节 第1课时 金属矿物的开发利用（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高一化学必修第二册同步学案（人教版）

该高中化学课件聚焦金属矿物的开发利用，涵盖金属存在形式（游离、化合）、冶炼原理（还原反应）及铝热反应、钢铁冶炼等案例。课堂导入衔接金属性质与氧化还原反应基础，从存在形式引出冶炼必要性，构建基础到应用的学习支架。 资料以“课前预习-课堂探究-随堂达标-课时作业”四段式推进，课堂探究通过铝热反应实验培养科学探究与实践能力，借助冶炼模型构建发展科学思维，结合钢铁、铜精矿处理渗透可持续发展的科学态度与责任。助力学生深化化学观念，教师可利用结构化内容提升教学效果。

第8章　化学与可持续发展 第1节　　自然资源的开发利用 第1课时　金属矿物的开发利用　 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 目录 contents Part 01 课前预习 打基础 Part 02 课堂探究 培素养 Part 04 课时作业（十八） Part 03 随堂达标 勤演练 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 课前预习 打基础 返回导航 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 游离 化合 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 化合 游离 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 金属氧化物 还原 氧化 铝粉 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 课堂探究 培素养 返回导航 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第八章　化学与可持续发展 返回导航 1 单击此处编辑母版文本样式 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1.根据氧化还原反应分析金属冶炼原理，掌握活泼性不同的金属采用不同的冶炼方法，形成金属冶炼方法的认知模型。（证据推理与模型认知）2.通过对金属冶炼方法的认识，培养学生严谨求实的科学探究精神，加深对化学为创造更多物质财富，以及满足人民美好生活需求所做出的贡献。（科学态度与社会责任） 一、金属冶炼的原理 除了金、铂等极少数金属，绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界，如何利用金属矿物生产各种金属材料？ 1．金属在自然界中存在形态 2．金属冶炼原理 (1)金属矿物的冶炼步骤。 (2)金属冶炼的基本原理。 ①基本原理：将金属元素从其化合物中提取出来，用还原法把 态的金属还原成 态的金属。 ②表示方法：Mn＋＋ne－===M。 二、金属冶炼的一般方法 对于活泼性不同的金属，采用的冶炼方式是否相同？ 1．常见金属的冶炼方法 冶炼方法 实例 电解法 冶炼钠： 冶炼镁： 冶炼金属铝： 2NaCl（熔融） eq \o(=====,\s\up15(电解))2Na＋Cl2↑ MgCl2（熔融） eq \o(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑ 2Al2O3（熔融） eq \o(=====,\s\up15(电解),\s\do15(冰晶石))4A l＋3O2↑ 2HgO eq \o(=====,\s\up15(△))2Hg＋O2↑ 2Ag2O eq \o(=====,\s\up15(△))4Ag＋O2↑ Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Cu2S＋O2 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Cu＋SO2 续表 冶炼方法 实例 电解质 高炉炼铁： 铝热反应： 氢气还原氧化铜： 热分解法 加热分解HgO： 加热分解Ag2O： 其他方法 湿法炼铜： 火法炼铜： Fe2O3＋3CO eq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋3CO2 2Al＋Fe2O3 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋Al2O3 CuO＋H2 eq \o(―――→,\s\up15(△))Cu＋H2O 2.铝热反应 概念 铝和 在高温下发生剧烈反应并放出大量热量的化学反应 原理 Al作 剂，另一种金属氧化物作 剂，用铝将氧化物中的金属置换出来 铝热剂 和某些金属氧化物（Fe3O4、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物 反应特点 高温条件下迅速反应并放出大量的热量，生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 引发操作 点燃镁带 氯酸钾 作助燃剂 铝热反应的应用 ①冶炼熔点高的金属，如钒、铬、锰等。 ②在野外焊接钢轨等。 【做做】 用铝热法还原下列化合物：MnO2、Cr2O3、WO3、CuO，各获得金属1 mol，消耗铝最少的是哪个？ 提示：制备1 mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。即生成1 mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之，则越少。在这四种化合物中只有CuO中Cu的化合价最低，故为CuO。 3．合理开发和利用金属矿物资源 (1)有效地使用金属产品、材料。 (2)提高金属矿物的利用率。 (3)用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。 (4)加强金属资源的回收和再利用。 　金属的冶炼原理 1．如图是我国古代和现代冶金的两张图片，那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？ 提示：金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活动性。金属活动性越强，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的时间就相对越晚一些。金属活动性越弱，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。 2．根据金属冶炼的方法讨论，金属冶炼的实质是什么？ 提示：金属冶炼的实质是金属离子得到电子被还原为金属单质的过程，即Mn＋＋ne－===M。 3．能否用电解熔融氯化铝的方法来制备铝？ 提示：不能，因为氯化铝为共价化合物，熔融态不导电，且氯化铝的沸点比熔点低，加热易升华。 4．为什么不用电解氧化镁而选用电解氯化镁的方法来制备镁？（已知：MgO的熔点为2 852 ℃，MgCl2的熔点为118 ℃） 提示：氯化镁的熔点比氧化镁的熔点低，用氯化镁作原料制备镁更节约能源。 1．金属冶炼方法的选择 极少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在，如金、铂等；绝大多数金属元素以化合态形式存在于自然界。金属越不活泼，从其化合物中还原出来越容易；金属越活泼，从其化合物中还原出来越困难。 2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系（如下表） 活动性顺序 K、Ca、Na、 Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 单质还原性（原子失电子能力） 强―→弱 阳离子氧化性（离子得电子能力） 弱―→强 金属冶炼方法 电解熔融盐或氧化物 热还原法 热分解法 富集法 还原剂或特殊措施 直流电提供电子 H2、CO、C、Al等，加热(△) 加热(△) 物理方法或化学方法 　下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　) 选项 冶炼原理 方法 A 2HgO eq \o(=====,\s\up15(△))2Hg＋O2↑ 热分解法 B 2Al2O3（熔融） eq \o(=====,\s\up15(电解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑ 电解法 C Cu2S＋O2 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Cu＋SO2 热分解法 D Fe2O3＋2Al eq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋Al2O3 热还原法 【解析】　选C。活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D三项正确。C项错误，C项为火法炼铜。 规律方法　金属冶炼的注意事项 (1)采用热分解法冶炼的金属的化合物通常不稳定，受热易分解，不需要太高的温度；而热还原法往往在高温下进行；电解法的温度视反应物的熔点而定。 (2)因MgO的熔点很高，故冶炼金属镁采用电解熔融MgCl2的方法，而不采用电解熔融MgO的方法。因AlCl3属于共价化合物，熔融态不导电，故冶炼金属铝采用电解熔融Al2O3和Na3AlF6（冰晶石，作用是降低Al2O3的熔点）混合物的方法，而不采用电解熔融AlCl3的方法。 (3)金属冶炼的其他方法。 ①物理法：适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属，如金常用水洗法获得。 ②湿法冶金：利用溶液中发生的化学反应，对原料中的金属进行提取和分离的方法，如湿法炼铜，发生的反应为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。 (4)火法炼铜：Cu2S＋O2 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Cu＋SO2。 【练1】　下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是(　　) A．金属冶炼的实质是金属阳离子得电子变成金属原子 B．用炭粉或铝粉还原铁矿石可以获取金属Fe C．通过电解NaCl溶液的方法可以获取金属Na D．冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜 【解析】　选C。通过电解熔融NaCl的方法可以获取金属Na，C错误。 　铝热反应 1．当铁轨有缝隙时，维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物引燃，使熔融的铁水流入铁轨的裂缝，冷却后就将铁轨牢牢地粘结在一起。你知道其工作原理吗？ 提示：高温条件下，铝粉与氧化铁发生铝热反应，即Fe2O3＋2Al eq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋Al2O3。 2．铝热反应实验装置如图，其中镁条和氯酸钾分别有什么作用？ 提示：点燃镁条用来提供引发铝热反应的热能，氯酸钾的作用是分解提供氧气，使镁条快速充分燃烧。 3．铝与哪些物质能组成铝热剂？ 提示：铝与比铝活动性弱的金属形成的氧化物如V2O5、MnO2等能组成铝热剂。 2.铝热反应实验注意事项 (1)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃。 (2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应。 (3)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。 (4)确保实验装置与人之间有一定安全距离，防止受伤。 1．铝热反应 定义 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 原理 Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来 铝热剂 铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物 引发操作 在铝热剂上放KClO3插上镁条并点燃镁条 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熔融态且易与Al2O3分离 应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 (3)写出下列操作或物质的作用： 内层纸漏斗底部剪一个孔：　　　　　　；蒸发皿盛沙：　　　　　　　　；镁条：　　　　　　　　；氯酸钾：　　　　　　　　。 (3)写出下列操作或物质的作用： 内层纸漏斗底部剪一个孔：　　　　　　；蒸发皿盛沙：　　　　　　　　；镁条：　　　　　　　　；氯酸钾：　　　　　　　　。 【解析】　(1)该铝热反应为2Al＋Fe2O3 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。 (2)①②③④全为该铝热反应的现象。 (3)铝热反应实验中为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；为防止溅落物炸裂蒸发皿，在蒸发皿内加入适量沙子；反应中镁条燃烧提供热量，使氯酸钾分解，引发铝热反应；氯酸钾受热分解提供氧气，使镁条快速充分燃烧。 　用如图所示的装置做铝热反应实验，回答下列问题： (1)写出该反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　，在该反应中，　　　　是氧化剂，　　　　是还原剂，该反应称为　　　　反应。 (2)选出该实验的实验现象：　 　　（填序号）。 ①镁条剧烈燃烧　②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射　③纸漏斗的下部被烧穿　④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体 【答案】　(1)2Al＋Fe2O3 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Fe＋Al2O3　Fe2O3　Al　铝热　(2)①②③④ (3)使熔融物易于落下　防止溅落物炸裂蒸发皿　燃烧放热，促使氯酸钾分解，引发铝热反应　分解提供氧气，使镁条快速充分燃烧 【练2】　下列氧化物不能与铝粉组成铝热剂的是(　　) A．Cr2O3　　　　　　B．MnO2 C．Na2O D．V2O5 【答案】　C 1．金属锂是密度最小的金属，等质量的金属，锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是(　　) A．电解法　　　　　　B．热还原法 C．热分解法 D．铝热法 【解析】　选A。锂的金属性介于钠、镁之间，应该与Na、Mg的冶炼方法相同，即电解法。 2．下列关于自然界存在的矿物及对应的冶炼方法错误的是(　　) A．磁铁矿(Fe3O4)精选后可以用铝进行冶炼 B．辉铜矿(Cu2S)精选后在高温下通入空气进行冶炼 C．铝土矿(Al2O3)在熔融条件下加入冰晶石进行冶炼 D．黄铁矿(FeS2)燃烧后的固体可用焦炭进行冶炼 【解析】　选C。电解氧化铝制备金属铝时，要加入冰晶石，使氧化铝在较低温度下熔化，而不是在熔融条件下加入冰晶石进行冶炼，故C错误。 3．如图是Al和Fe2O3的铝热反应的实验装置，下列有关该反应的说法中一定正确的是(　　) A．a为镁条 B．b为氧化铁与铝粉的混合物 C．2 mol氧化剂参与反应则转移6 NA个电子 D．还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2 【解析】　选A。A项，a为镁条，起引燃作用，正确；B项，镁条燃烧时，氯酸钾是助燃剂，以保证镁条的继续燃烧，因此b为氯酸钾，错误；C项，2Al＋Fe2O3 eq \o(=====,\s\up15(高温))Al2O3＋2Fe，该反应中氧化剂是氧化铁，2 mol氧化剂参与反应则转移12NA个电子，错误；D项，该反应中还原剂是铝，氧化产物是氧化铝，还原剂和氧化产物的物质的量之比为2∶1，错误。 4．下列金属冶炼的反应原理，错误的是(　　) A．2NaCl（熔融） eq \o(=====,\s\up15(电解))2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2 eq \o(=====,\s\up15(△))Mg＋H2O C．Fe3O4＋4CO eq \o(=====,\s\up15(高温))3Fe＋4CO2 D．2HgO eq \o(=====,\s\up15(△))2Hg＋O2↑ 【解析】　选B。K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属不能用普通的还原剂把它们从其相应的氧化物中还原出来，一般采用的是电解熔融盐或氧化物的方法冶炼。 5．铝热剂并不单指Fe2O3与铝粉的混合物，实际上铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。如铝粉与Fe3O4、V2O5、MnO2等均可发生铝热反应。 (1)写出上述铝热反应的化学方程式： ①__________________________ ②__________________________ ③__________________________ (2)据上述反应可总结出铝热反应的特点：①铝热反应实际上属于四大基本反应类型中的　　　　　　，其中铝表现了其　　　　　　性，作　　　　　　剂；②铝热反应常用于冶炼金属性比铝　　　　　　（填“强”或“弱”）的金属。 【解析】　铝热反应的实质是在较高温度下，用较活泼的还原剂铝，把活泼性相对弱的金属从其氧化物中还原出来。 【答案】　(1)①8Al＋3Fe3O4 eq \o(=====,\s\up15(高温))4Al2O3＋9Fe ②10Al＋3V2O5 eq \o(=====,\s\up15(高温))5Al2O3＋6V ③4Al＋3MnO2 eq \o(=====,\s\up15(高温))2Al2O3＋3Mn (2)①置接反应　还原　还原　②弱 $