8.1 自然资源的开发利用 第1课时（导学案）化学人教版必修第二册

该高中化学导学案聚焦金属矿物的开发利用，涵盖自然资源分类、金属存在形式、冶炼方法（热分解法、热还原法、电解法）及与活泼性的关系、铝土矿制铝流程和资源合理利用。通过播放自然资源视频、设置拿破仑铝餐具故事等情境导入，引导学生从金属存在形式探究冶炼实质，再关联金属活泼性推理冶炼方法，构建递进式学习支架。 资料融合视频、交互动画与分组讨论，以“宏观辨识与微观探析”揭示冶炼本质为金属离子得电子，用“证据推理与模型认知”建立活泼性决定冶炼方法的认知模型。典例精讲工业流程（如铝土矿制铝），分层作业强化应用，培养科学探究与实践能力，渗透资源可持续的科学态度与责任。

第一节 自然资源的开发利用 课时1 金属矿物的开发利用 一、知识目标 1.了解自然资源的分类，认识金属元素在自然界中的游离态、化合态两种存在形式，理解金属冶炼的实质，能说出金属冶炼方法与金属活泼性的对应关系。 2.掌握热分解法、热还原法、电解法三类冶炼方法的原理，能正确书写常见金属冶炼的化学方程式。 3.了解合理开发利用金属资源的主要途径，认识资源综合利用对可持续发展的重要意义。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：：能从宏观层面认识金属在自然界的存在形式，从微观氧化还原角度理解金属冶炼的本质是Mn++ n e- = M，建立金属存在-性质-冶炼方法的关联。 2.证据推理与模型认知：依据金属活动性顺序推理不同金属的冶炼方法，建立“金属活泼性决定冶炼方法”的认知模型，能基于物质性质、能耗、成本推理冶炼方案的选择依据。 3.科学探究与创新意识：过分组讨论探究不同金属的冶炼方法，提升合作探究、分析解决问题的能力。 一、教学重点 1.金属冶炼的一般方法和原理，金属冶炼方法与金属活泼性的关系。 二、教学难点 1.金属冶炼方案的综合分析，铝土矿制备金属铝的工艺流程分析。 一、人类冶炼和使用最多的金属是___________(填化学式，下同)，地壳中含量最高的金属元素是___________，冶炼得到其单质的化学方程式是___________。 【答案】 Fe Al 二、金属冶炼的方法： (1)加热分解法： ①制Hg： _______。 ②制Ag： _______。 (2)电解法： ①制Mg： _______。 ②制Al： _______。 ③制Na： _______。 (3)热还原法： ①常用还原剂有_______氢气、铝等。 ②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为_______。 ③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为_______。 【答案】(1) (2) (3) CO 一、新课导入 【播放视频】自然资源与可持续发展 情境导入·驱动思考 【问题思考】：1.说一说你身边常见的金属制品有哪些？ 2.化学史故事：19世纪法国皇帝拿破仑三世宴请宾客时，只有皇帝能使用铝制餐具，其他贵宾只能用金餐具，当时铝比黄金更珍贵。结合这个故事思考：为什么越活泼的金属，被人类大规模利用的时间越晚？ 二、金属矿物的开发利用 任务1：请同学们分组自然资源是怎么划分的吗？ 【问题思考】：①什么是自然资源？按照能否再生，自然资源可以分为哪两类？分别举例说明。 ②金属矿物属于可再生资源还是不可再生资源？ 归纳总结： 分类 定义 举例 可再生资源 不可再生资源 【交互动画】自然资源的划分 【学生答案】： 分类 定义 举例 可再生资源 可短时间再生、循环利用的自然资源 水、植物、地热资源等 不可再生资源 经亿万年地质作用形成，短时间无法恢复的自然资源 金属矿产、煤、石油、天然气等 【总结讲解】 一、金属矿物的开发利用 1.自然资源 ⑴自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础。 ⑵自然资源的分类。 土地与土壤资源 矿产资源 生物资源 水资源 能源资源 环境资源 ⑶自然资源能否再生。 可再生资源 不可再生资源 任务2：请同学们分组讨论金属元素在自然界的存在。 【教师提问】：结合金属活动性顺序，分析金属活泼性与存在形态的关联，总结规律： 归纳总结： 1.游离态（单质）：________________________，举例：________ 2.化合态（化合物）：________________________，举例：________ 【播放视频】自然资源与可持续发展 【学生答案】：1.少数化学性质不活泼的金属；、等 2.绝大多数活泼性较强的金属；、、等大多数金属 【总结讲解】 一、金属矿物的开发利用 2.金属元素在自然界的存在 ⑴游离态：少数不活波金属。 ⑵化合态：绝大多数金属以矿物质形式存在 。 三、 金属的冶炼 任务1：请同学们分组探讨钢铁是怎样炼成的？ 【教师提问】：钢铁是怎样炼成的？ 【播放视频】钢铁是怎样炼成的？ 【教师提问】：① 自然界中大多数金属以化合态存在，要得到金属单质，化合态金属元素的化合价和反应类型发生了什么变化？写出金属冶炼实质的离子方程式。 ② 天然矿石杂质含量高，要得到符合工业要求的纯金属，一般需要经过哪几个步骤？分别说明每个步骤的作用。 归纳总结： 1.金属冶炼定义：________________________________ 2.冶炼实质：________________________________ 3.冶炼一般步骤：______→ ______ → ______ ① 富集：________________________________ ② 冶炼：________________________________ ③ 精炼：________________________________ 【学生答案】：1.将金属从其化合物中还原为金属单质的工业过程，称为金属冶炼。 2.实质：（金属阳离子得电子，被还原为金属单质） 3.步骤： ① 富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量； ② 冶炼：利用氧化还原反应，将金属化合物还原为金属单质； ③ 精炼：提纯得到符合工业要求的纯净金属。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 1.金属冶炼的定义 将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。 2.冶炼步骤: ① 富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量； ② 冶炼：利用氧化还原反应，将金属化合物还原为金属单质； ③ 精炼：提纯得到符合工业要求的纯净金属。 任务2：请同学们分组探讨人类冶炼金属的历史图，你得出什么规律？ 【教师提问】：人类使用金属的历史顺序是：青铜→铁器→铝大规模应用，越活泼的金属人类越晚大规模使用，这是为什么？冶炼方法和金属活泼性有什么关联？我们结合金属活动性顺序分析。 【交互动画】人类冶炼金属的历史图 【学生答案】：金属活动性顺序：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au 【教师提问】：结合金属活动性顺序，分组讨论不同活泼性金属的冶炼方法，完成下表： 金属活泼性分类 冶炼方法 常见举例 K~Al（极活泼金属） Zn~Cu（中等活泼金属） Hg、Ag（不活泼金属） Pt、Au 【学生答案】 金属活泼性分类 冶炼方法 常见举例 K~Al（极活泼金属） 电解法 电解熔融氧化铝制铝 Zn~Cu（中等活泼金属） 热还原法 CO还原氧化铁炼铁、铝热反应 Hg、Ag（不活泼金属） 热分解法 加热分解氧化银制银 Pt、Au 物理富集法 淘洗法分离黄金 【总结讲解】 二、金属的冶炼 3.冶炼方法： 由于不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。 ⑴不活泼的金属 ①Pt、Au：物理富集法 ②热分解法：加热金属氧化物 ⑵热还原法 ①铜的冶炼。 湿法炼铜（胆铜法） Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 火法炼铜 ②铁的冶炼 热还原法：常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 ③铝热反应 铝热法：用金属铝做还原剂冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属（Fe、V、Cr、Mn等） 任务3：请同学们分组讨论金属铝是如何冶炼的？ 【播放视频】金属铝是如何冶炼的？ 【教师提问】：金属铝是如何冶炼的？ 【学生答案】：这些金属太活泼，一般还原剂没法还原，需要用电解的方法。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 ⑶电解法 对一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。 ⑷总结 典例精讲 【例1】冶炼Mg时电解MgCl2，不能电解MgO？冶炼Al时电解Al2O3不能 电解AlCl3？ 【答案】 ①电解法制取镁时需要电解化合物的熔融状态，而MgO的熔点太高，将MgO加热熔融消耗的能量太高不经济。 ②AlCl3是共价化合物，熔融状态下无自由移动的离子。 任务4：请同学们分组思考与讨论利用铝土矿制取金属铝。 【教师提问】：请同学们分组探讨利用铝土矿制取金属铝。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 4.铝土矿制取金属铝 ⑴利用铝土矿制取氧化铝 ①酸溶法的工艺流程： ②碱溶法的工艺流程： 【教师提问】：金属矿物是不可再生资源，而且冶炼金属需要消耗大量能量，还会产生环境污染物，我们应该如何合理开发利用金属资源呢？我们来看一组数据：生产1 mol铝至少消耗1.8×106 J电能，回收废旧铝得到金属铝的能耗仅为从铝土矿冶炼的3，从这个数据你能得到什么结论？ 【学生答案】： ① 提高金属矿物的利用率； ② 开发环保低能耗的冶炼方法； ③ 防止金属腐蚀，延长金属使用寿命； ④ 加强废旧金属的回收再利用； ⑤ 用塑料、复合材料等代替金属材料，减少金属使用。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 4.铝土矿制取金属铝 ⑵思考与讨论 ①从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 ②加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。 ③实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。 ⑶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 开发环保低能耗的冶炼方法； ③ 防止金属腐蚀，延长金属使用寿命； ④ 加强废旧金属的回收再利用； ⑤ 用塑料、复合材料等代替金属材料，减少金属使用。 典例精讲 【例2】工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下： 下列叙述正确的是 A．反应①中试剂X是稀硫酸溶液 B．试剂Y是二氧化碳，它与[Al(OH)4]-反应生成氢氧化铝 C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应 D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果 【答案】B 【分析】氧化铝为两性氧化物，氧化铁为碱性氧化物，根据流程图可知，应加入足量氢氧化钠溶液，发生，过滤，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠，氢氧化铝为两性氢氧化物，能溶于盐酸、硫酸等，利用碳酸的酸性强于氢氧化铝，且氢氧化铝不溶于碳酸，反应②发生NaOH+CO2=NaHCO3，，过滤，氢氧化铝受热分解得到氧化铝，电解氧化铝冶炼金属铝，据此分析； 【解析】A．氧化铝为两性氧化物，氧化铁为碱性氧化物，加入硫酸溶液，氧化铝、氧化铁均与硫酸反应生成相应可溶盐，与流程图不符，根据上述分析，X应为氢氧化钠溶液，故A不符合题意； B．根据上述分析，试剂Y为二氧化碳，发生，故B符合题意； C．根据上述分析，只有电解氧化铝为氧化还原反应，故C不符合题意； D．根据上述分析，Y为二氧化碳，氧化铝、氧化铁不与碳酸反应，因此两者互换，不能达到相同结果，故D不符合题意； 答案为B。 一、金属矿物的开发利用 1.自然资源 ⑴自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础。 ⑵自然资源的分类。 土地与土壤资源 矿产资源 生物资源 水资源 能源资源 环境资源 ⑶自然资源能否再生。 可再生资源 不可再生资源 2.金属元素在自然界的存在 ⑴游离态：少数不活波金属。 ⑵化合态：绝大多数金属以矿物质形式存在 。 二、金属的冶炼 1.金属冶炼的定义 将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。 2.冶炼步骤: ① 富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量； ② 冶炼：利用氧化还原反应，将金属化合物还原为金属单质； ③ 精炼：提纯得到符合工业要求的纯净金属。 3.冶炼方法： 由于不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。 ⑴不活泼的金属 ①Pt、Au：物理富集法 ②热分解法：加热金属氧化物 ⑵热还原法 ①铜的冶炼。 湿法炼铜（胆铜法） Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 火法炼铜 ②铁的冶炼 热还原法：常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 ③铝热反应 铝热法：用金属铝做还原剂冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属（Fe、V、Cr、Mn等） ⑶电解法 对一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。 ⑷总结 4.铝土矿制取金属铝 ⑴利用铝土矿制取氧化铝 ①酸溶法的工艺流程： ②碱溶法的工艺流程： ⑵思考与讨论 ①从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 ②加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。 ③实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。 ⑶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 开发环保低能耗的冶炼方法； ③ 防止金属腐蚀，延长金属使用寿命； ④ 加强废旧金属的回收再利用； ⑤ 用塑料、复合材料等代替金属材料，减少金属使用。 1．金属冶炼的本质是将金属从其化合物中还原为单质。下列过程中，不属于金属冶炼的是 A．电解熔融氯化钠制取钠 B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁 C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应 D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜 【答案】B 【解析】A．电解熔融氯化钠制取钠，是从化合物(NaCl)中还原出金属单质(Na)，符合金属冶炼的定义，A正确； B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁，是将金属单质(Fe)转化为化合物(Fe3O4)，属于氧化反应，而非从化合物中还原出单质，B错误； C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应，是从化合物(Fe2O3)中还原出铁单质(Fe)，是将化合态的铁还原为单质铁，属于热还原法冶炼金属，C正确； D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜，是从化合物(CuSO4)中还原出铜单质(Cu)，属于湿法冶金，符合金属冶炼的定义，D正确； 故答案选B。 2．冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气、一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。这4种方法在工业上均有应用。古代有：Ⅰ、火烧孔雀石炼铜；Ⅱ、湿法炼铜。现代有：Ⅲ、铝热法炼铬；Ⅳ、从光卤石()中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是 A．Ⅰ，① B．Ⅱ，② C．Ⅲ，③ D．Ⅳ，④ 【答案】B 【解析】A．火烧孔雀石炼铜（Ⅰ）是通过加热孔雀石[Cu2(OH)2CO3]分解得到CuO，再用焦炭还原：2CuO + C 2Cu + CO2，属于焦炭法，对应①，A正确； B．湿法炼铜（Ⅱ）是用铁从铜盐溶液中置换铜：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu，属于活泼金属置换法，对应③，而非水煤气法（②），B错误； C．铝热法炼铬（Ⅲ）是利用铝还原铬的氧化物：Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3，属于活泼金属置换法，对应③，C正确； D．从光卤石[KCl·MgCl2·6H2O]中炼镁（Ⅳ）需提取MgCl2后电解熔融MgCl2：MgCl2（熔融）Mg + Cl2↑，属于电解法，对应④，D正确； 故答案为：B。 3.工业上常利用铝热反应原理来焊接钢轨，化学方程式为：。下列关于铝及其化合物说法正确的是 A．铝在常温下不能与氧气发生反应 B．铝制品有致密的氧化膜，可长时间盛放酸性或碱性食物 C．将氢氧化铝在高温下灼烧，即可得到氧化铝 D．等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，放出的物质的量之比为 【答案】C 【解析】A．铝在常温下能与氧气反应生成氧化铝，A错误； B．氧化铝与酸、碱均反应，铝制品不能长时间盛放酸性或碱性食物，B错误； C．氢氧化铝高温灼烧分解生成氧化铝和水，C正确； D．铝与盐酸或氢氧化钠反应时，等质量的铝生成的物质的量相等，比例为1∶1，D错误； 故答案选C。 4.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示： 下列叙述正确的是 A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3 C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应 D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3 【答案】D 【分析】；铝土矿加入试剂X，氧化铝溶解，说明试剂X为氢氧化钠，沉淀为氧化铁。溶液为偏铝酸钠，过量的二氧化碳反应生成氢氧化铝和碳酸氢钠。据此回答。 【解析】A．从后面通入Y生成碳酸氢钠分析，Y 应为二氧化碳，则试剂X只能是NaOH溶液，不可以是盐酸，A错误； B．反应①过滤后所得沉淀为氧化铁不是氢氧化铁，B错误； C．氧化铝变成铝为氧化还原反应，C错误； D．反应②为偏铝酸钠和过量的二氧化碳反应生成碳酸氢钠和氢氧化铝，化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，D正确； 故选D。 考点1金属矿物的开发利用 1．从人类利用金属的历史看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事，造成这个先后顺序事实的最主要因素是 A．金属活动性及冶炼的难易程度 B．金属的导电性 C．金属的延展性 D．地壳中金属元素的含量 【答案】A 【解析】地壳里含量最高的是金属铝，但铝开发利用的时间在铜、铁之后，说明金属大规模开发利用主要和金属的活动性有关，活动性弱的金属容易以单质形式存在，易被开发和利用，活动性强的金属一般以化合物形式存在，难以冶炼，故与金属冶炼的难易程度有关，故A符合题意。 综上所述，答案为A。 2．下列关于金属材料的叙述错误的是 A．铁在自然界中存在单质形式，而钠没有 B．目前利用储氢合金的氢燃料汽车已广泛使用 C．在纯金属内加入其他元素形成合金后，一般形成合金后的硬度大于其成分金属的硬度 D．地壳中含量最多的金属元素的单质，既能和盐酸溶液反应，也能和氢氧化钠溶液反应 【答案】B 【解析】A． 铁在自然界中大部分以化合物的形式存在，但陨铁中存在铁单质，钠很活泼，自然界中没有单质形式，A正确； B． 氢能的开发目前还是一个难题，广泛应用还需要一段时间，B错误； C． 一般形成合金后的硬度大于其成分金属的硬度，C正确； D． 地壳中含量最多的金属元素的单质为Al单质，其既能和盐酸溶液反应，也能和氢氧化钠溶液反应，D正确； 故选B。 3．人类大规模冶炼和使用铝的时间晚于冶炼使用铜和铁的时间，其根本原因是 A．铝元素在地壳中的含量较低 B．铝及其合金密度较小 C．铝元素金属性较强 D．铝单质的熔点较低 【答案】C 【解析】A．铝元素在地壳中的含量居第三位，含量较高，A不符合题意； B．铝及其合金密度较小，与铝冶炼和使用时间的早晚无关，B不符合题意； C．铝元素金属性较强，则让铝离子还原为铝单质需要使用强还原剂，或采用电解法，实验条件要求高，所以冶炼和使用的时间晚，C符合题意； D．铝单质的熔点较低，易于熔化，从此角度看应该易于冶炼，显然不是冶炼时间较晚的原因，D不符合题意； 故选C。 考点2 金属的冶炼 4．（24-25高一下·福建·期末）下列金属的冶炼方法正确的是 A．金——电解法 B．钠——热还原法 C．铝——热分解法 D．汞——热分解法 【答案】D 【解析】A．金的性质稳定，直接通过物理方法提取，无需电解，A错误； B．钠活泼性强，电解熔融的氯化钠来获取金属钠，B错误； C．铝是活泼的金属，工业上电解Al2O3，C错误； D．汞是不活泼的金属，可用加热HgO来获得，D正确； 故选D。 5．（24-25高一下·河北保定·期末）下列关于金属冶炼的说法中正确的是 A．电解饱和食盐水制取钠 B．热还原法制取汞、银 C．利用铝热反应制取铬、锰 D．利用热分解法制取铜 【答案】C 【解析】A．电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，无法制取金属钠；钠需通过电解熔融氯化钠获得，A错误； B．利用热分解法制取汞、银，即加热氧化汞分解制取汞，加热氧化银分解制取银，B错误； C．铝是较活泼的金属，具有较强的还原性，可利用铝热反应制取钒、铬、锰，C正确； D．利用热还原法制取铜，即用一氧化碳或氢气还原氧化铜制取铜，D错误； 故选C。 6．（25-26高一·全国·假期作业）下列金属的冶炼方法与其他三项不同的是 A．冶炼钾(K) B．冶炼银(Ag) C．冶炼汞(Hg) D．冶炼金(Au) 【答案】A 【解析】A．钾为活泼金属，常采用电解熔融金属化合物的方法获得； B．银为不活泼金属，常采用热分解法制备银单质； C．汞为不活泼金属，常采用加热HgO分解方法制备银单质； D．金为不活泼金属，可采用热分解方法获得； 综上所述，与其他三项不同的是冶炼钾，选项A符合题意； 答案为A。 7．（24-25高一下·山西太原·期末）工业上利用铝土矿(主要成分为，含、等杂质)冶炼铝的主要流程如下： 已知在“溶解”时转化为铝硅酸钠沉淀。下列叙述错误的是 A．“溶解”时适当增大NaOH溶液的浓度，可提高溶解速率 B．操作Ⅰ、Ⅱ均为“过滤”，Ⅲ为“灼烧” C．加入冰晶石的目的主要是降低的熔融温度，减少冶炼过程中的能耗 D．通入过量时，发生反应： 【答案】D 【分析】铝土矿(主要成分为，含、等杂质)加氢氧化钠溶液溶解，经操作Ⅰ即过滤得到含Na[Al(OH)4]的滤液，滤液中通二氧化碳来获得氢氧化铝沉淀，经操作Ⅱ即过滤得到氢氧化铝沉淀，经操作Ⅲ即灼烧，使氢氧化铝分解生成氧化铝，电解熔融的氧化铝可得铝，以此解答该题。 【详解】A．增大反应物浓度，可提高反应速率，则“溶解”时适当增大NaOH溶液的浓度，可提高溶解速率，A不符合题意； B．操作Ⅰ、Ⅱ均为固液分离，Ⅲ为该固体加热到高温，则操作Ⅰ、Ⅱ均为“过滤”，Ⅲ为“灼烧”，B不符合题意； C．的熔点相当高，使其熔化需消耗大量能量，则加入冰晶石的目的主要是降低的熔融温度，减少冶炼过程中的能耗，C不符合题意； D．Na[Al(OH)4]溶液中通入过量时，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，发生反应：，D符合题意； 故选D。 （更多的见分层作业) / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 自然资源的开发利用 课时1 金属矿物的开发利用 一、知识目标 1.了解自然资源的分类，认识金属元素在自然界中的游离态、化合态两种存在形式，理解金属冶炼的实质，能说出金属冶炼方法与金属活泼性的对应关系。 2.掌握热分解法、热还原法、电解法三类冶炼方法的原理，能正确书写常见金属冶炼的化学方程式。 3.了解合理开发利用金属资源的主要途径，认识资源综合利用对可持续发展的重要意义。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：：能从宏观层面认识金属在自然界的存在形式，从微观氧化还原角度理解金属冶炼的本质是Mn++ n e- = M，建立金属存在-性质-冶炼方法的关联。 2.证据推理与模型认知：依据金属活动性顺序推理不同金属的冶炼方法，建立“金属活泼性决定冶炼方法”的认知模型，能基于物质性质、能耗、成本推理冶炼方案的选择依据。 3.科学探究与创新意识：过分组讨论探究不同金属的冶炼方法，提升合作探究、分析解决问题的能力。 一、教学重点 1.金属冶炼的一般方法和原理，金属冶炼方法与金属活泼性的关系。 二、教学难点 1.金属冶炼方案的综合分析，铝土矿制备金属铝的工艺流程分析。 一、人类冶炼和使用最多的金属是___________(填化学式，下同)，地壳中含量最高的金属元素是___________，冶炼得到其单质的化学方程式是___________。 二、金属冶炼的方法： (1)加热分解法： ①制Hg： _______。 ②制Ag： _______。 (2)电解法： ①制Mg： _______。 ②制Al： _______。 ③制Na： _______。 (3)热还原法： ①常用还原剂有_______氢气、铝等。 ②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为_______。 ③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为_______。 一、新课导入 【播放视频】自然资源与可持续发展 情境导入·驱动思考 【问题思考】：1.说一说你身边常见的金属制品有哪些？ 2.化学史故事：19世纪法国皇帝拿破仑三世宴请宾客时，只有皇帝能使用铝制餐具，其他贵宾只能用金餐具，当时铝比黄金更珍贵。结合这个故事思考：为什么越活泼的金属，被人类大规模利用的时间越晚？ 二、金属矿物的开发利用 任务1：请同学们分组自然资源是怎么划分的吗？ 【问题思考】：①什么是自然资源？按照能否再生，自然资源可以分为哪两类？分别举例说明。 ②金属矿物属于可再生资源还是不可再生资源？ 归纳总结： 分类 定义 举例 可再生资源 不可再生资源 【交互动画】自然资源的划分 【学生答案】： 分类 定义 举例 可再生资源 不可再生资源 【总结讲解】 一、金属矿物的开发利用 1.自然资源 ⑴自然资源是 ⑵自然资源的分类。 ⑶自然资源能否再生。 任务2：请同学们分组讨论金属元素在自然界的存在。 【教师提问】：结合金属活动性顺序，分析金属活泼性与存在形态的关联，总结规律： 归纳总结： 1.游离态（单质）：________________________，举例：________ 2.化合态（化合物）：________________________，举例：________ 【播放视频】自然资源与可持续发展 【学生答案】： 【总结讲解】 一、金属矿物的开发利用 2.金属元素在自然界的存在 ⑴游离态： ⑵化合态： 三、 金属的冶炼 任务1：请同学们分组探讨钢铁是怎样炼成的？ 【教师提问】：钢铁是怎样炼成的？ 【播放视频】钢铁是怎样炼成的？ 【教师提问】：① 自然界中大多数金属以化合态存在，要得到金属单质，化合态金属元素的化合价和反应类型发生了什么变化？写出金属冶炼实质的离子方程式。 ② 天然矿石杂质含量高，要得到符合工业要求的纯金属，一般需要经过哪几个步骤？分别说明每个步骤的作用。 归纳总结： 1.金属冶炼定义：________________________________ 2.冶炼实质：________________________________ 3.冶炼一般步骤：______→ ______ → ______ ① 富集：________________________________ ② 冶炼：________________________________ ③ 精炼：________________________________ 【学生答案】 【总结讲解】 二、金属的冶炼 1.金属冶炼的定义 2.冶炼步骤: ① 富集： ② 冶炼： ③ 精炼： 任务2：请同学们分组探讨人类冶炼金属的历史图，你得出什么规律？ 【教师提问】：人类使用金属的历史顺序是：青铜→铁器→铝大规模应用，越活泼的金属人类越晚大规模使用，这是为什么？冶炼方法和金属活泼性有什么关联？我们结合金属活动性顺序分析。 【交互动画】人类冶炼金属的历史图 【学生答案】： 【教师提问】：结合金属活动性顺序，分组讨论不同活泼性金属的冶炼方法，完成下表： 金属活泼性分类 冶炼方法 常见举例 K~Al（极活泼金属） Zn~Cu（中等活泼金属） Hg、Ag（不活泼金属） Pt、Au 【学生答案】 金属活泼性分类 冶炼方法 常见举例 K~Al（极活泼金属） Zn~Cu（中等活泼金属） Hg、Ag（不活泼金属） Pt、Au 【总结讲解】 二、金属的冶炼 3.冶炼方法： ⑴不活泼的金属 ①Pt、Au： ②热分解法： ⑵热还原法 ①铜的冶炼。 ②铁的冶炼 热还原法： ③铝热反应 铝热法： 任务3：请同学们分组讨论金属铝是如何冶炼的？ 【播放视频】金属铝是如何冶炼的？ 【教师提问】：金属铝是如何冶炼的？ 【学生答案】： 【总结讲解】 二、金属的冶炼 ⑶电解法 ⑷总结 典例精讲 【例1】冶炼Mg时电解MgCl2，不能电解MgO？冶炼Al时电解Al2O3不能 电解AlCl3？ 任务4：请同学们分组思考与讨论利用铝土矿制取金属铝。 【教师提问】：请同学们分组探讨利用铝土矿制取金属铝。 【总结讲解】 二、金属的冶炼 4.铝土矿制取金属铝 ⑴利用铝土矿制取氧化铝 ①酸溶法的工艺流程： ②碱溶法的工艺流程： 【教师提问】：金属矿物是不可再生资源，而且冶炼金属需要消耗大量能量，还会产生环境污染物，我们应该如何合理开发利用金属资源呢？我们来看一组数据：生产1 mol铝至少消耗1.8×106 J电能，回收废旧铝得到金属铝的能耗仅为从铝土矿冶炼的3，从这个数据你能得到什么结论？ 【学生答案】： 【总结讲解】 二、金属的冶炼 4.铝土矿制取金属铝 ⑵思考与讨论 ⑶合理开发和利用金属资源的主要途径 典例精讲 【例2】工业上以铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下： 下列叙述正确的是 A．反应①中试剂X是稀硫酸溶液 B．试剂Y是二氧化碳，它与[Al(OH)4]-反应生成氢氧化铝 C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应 D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果 一、金属矿物的开发利用 1.自然资源 ⑴自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础。 ⑵自然资源的分类。 土地与土壤资源 矿产资源 生物资源 水资源 能源资源 环境资源 ⑶自然资源能否再生。 可再生资源 不可再生资源 2.金属元素在自然界的存在 ⑴游离态：少数不活波金属。 ⑵化合态：绝大多数金属以矿物质形式存在 。 二、金属的冶炼 1.金属冶炼的定义 将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。 2.冶炼步骤: ① 富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量； ② 冶炼：利用氧化还原反应，将金属化合物还原为金属单质； ③ 精炼：提纯得到符合工业要求的纯净金属。 3.冶炼方法： 由于不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。 ⑴不活泼的金属 ①Pt、Au：物理富集法 ②热分解法：加热金属氧化物 ⑵热还原法 ①铜的冶炼。 湿法炼铜（胆铜法） Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 火法炼铜 ②铁的冶炼 热还原法：常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 ③铝热反应 铝热法：用金属铝做还原剂冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属（Fe、V、Cr、Mn等） ⑶电解法 对一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。 ⑷总结 4.铝土矿制取金属铝 ⑴利用铝土矿制取氧化铝 ①酸溶法的工艺流程： ②碱溶法的工艺流程： ⑵思考与讨论 ①从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 ②加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。 ③实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。 ⑶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 开发环保低能耗的冶炼方法； ③ 防止金属腐蚀，延长金属使用寿命； ④ 加强废旧金属的回收再利用； ⑤ 用塑料、复合材料等代替金属材料，减少金属使用。 1．金属冶炼的本质是将金属从其化合物中还原为单质。下列过程中，不属于金属冶炼的是 A．电解熔融氯化钠制取钠 B．铁丝在氧气中燃烧生成四氧化三铁 C．高温下用一氧化碳与氧化铁反应 D．用铁片置换硫酸铜溶液中的铜 2．冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气、一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。这4种方法在工业上均有应用。古代有：Ⅰ、火烧孔雀石炼铜；Ⅱ、湿法炼铜。现代有：Ⅲ、铝热法炼铬；Ⅳ、从光卤石()中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是 A．Ⅰ，① B．Ⅱ，② C．Ⅲ，③ D．Ⅳ，④ 3.工业上常利用铝热反应原理来焊接钢轨，化学方程式为：。下列关于铝及其化合物说法正确的是 A．铝在常温下不能与氧气发生反应 B．铝制品有致密的氧化膜，可长时间盛放酸性或碱性食物 C．将氢氧化铝在高温下灼烧，即可得到氧化铝 D．等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，放出的物质的量之比为 4.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示： 下列叙述正确的是 A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3 C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应 D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3 考点1金属矿物的开发利用 1．从人类利用金属的历史看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事，造成这个先后顺序事实的最主要因素是 A．金属活动性及冶炼的难易程度 B．金属的导电性 C．金属的延展性 D．地壳中金属元素的含量 2．下列关于金属材料的叙述错误的是 A．铁在自然界中存在单质形式，而钠没有 B．目前利用储氢合金的氢燃料汽车已广泛使用 C．在纯金属内加入其他元素形成合金后，一般形成合金后的硬度大于其成分金属的硬度 D．地壳中含量最多的金属元素的单质，既能和盐酸溶液反应，也能和氢氧化钠溶液反应 3．人类大规模冶炼和使用铝的时间晚于冶炼使用铜和铁的时间，其根本原因是 A．铝元素在地壳中的含量较低 B．铝及其合金密度较小 C．铝元素金属性较强 D．铝单质的熔点较低 考点2 金属的冶炼 4．（24-25高一下·福建·期末）下列金属的冶炼方法正确的是 A．金——电解法 B．钠——热还原法 C．铝——热分解法 D．汞——热分解法 5．（24-25高一下·河北保定·期末）下列关于金属冶炼的说法中正确的是 A．电解饱和食盐水制取钠 B．热还原法制取汞、银 C．利用铝热反应制取铬、锰 D．利用热分解法制取铜 6．（25-26高一·全国·假期作业）下列金属的冶炼方法与其他三项不同的是 A．冶炼钾(K) B．冶炼银(Ag) C．冶炼汞(Hg) D．冶炼金(Au) 7．（24-25高一下·山西太原·期末）工业上利用铝土矿(主要成分为，含、等杂质)冶炼铝的主要流程如下： 已知在“溶解”时转化为铝硅酸钠沉淀。下列叙述错误的是 A．“溶解”时适当增大NaOH溶液的浓度，可提高溶解速率 B．操作Ⅰ、Ⅱ均为“过滤”，Ⅲ为“灼烧” C．加入冰晶石的目的主要是降低的熔融温度，减少冶炼过程中的能耗 D．通入过量时，发生反应： （更多的见分层作业) / 学科网（北京）股份有限公司 $