1、专题专题9金属与人类文明金属与人类文明第一单元金属的冶炼方法第一单元金属的冶炼方法自主自主预习预习新知新知导学导学合作探究合作探究释疑释疑解惑解惑课课 堂堂 小小 结结课标定位课标定位素养阐释素养阐释1.知道金属在自然界中的存在形态知道金属在自然界中的存在形态,熟知金属冶熟知金属冶炼的方法及其原理。炼的方法及其原理。2.掌握铝热反应的原理和实验。掌握铝热反应的原理和实验。3.知道金属回收的意义知道金属回收的意义,树立环保意识树立环保意识;通过对金通过对金属冶炼的原理和方法的学习属冶炼的原理和方法的学习,了解金属冶炼遵循了解金属冶炼遵循的一般规律。的一般规律。一、金属的存在形式一、金属的存在形式
2、1.金属材料的性质金属材料的性质:金属材料既有良好的金属材料既有良好的可塑性可塑性,坚固耐用坚固耐用,而且还有而且还有导电导电、导热导热等诸多优良性能等诸多优良性能。2.金属元素的存在。金属元素的存在。(1)游离态游离态:在自然界中在自然界中,只有少量的金属元素以游离态形式只有少量的金属元素以游离态形式存在于地壳中存在于地壳中,如自然如自然金金和自然和自然银银等等,铁元素的单质主要存在铁元素的单质主要存在于于陨石陨石中。中。(2)化合态化合态:地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存地壳中的大部分金属元素都是以化合态形式存在的。例如在的。例如,铁元素存在于赤铁矿铁元素存在于赤铁矿(主要成分为主
3、要成分为Fe2O3)中中,铝元铝元素存在于铝土矿素存在于铝土矿(主要成分为主要成分为Al2O3)中中,银元素也有辉银矿银元素也有辉银矿(Ag2S)、碲银矿、碲银矿(Ag2Te)等形式存在。等形式存在。3.金属使用的发展历程金属使用的发展历程:金属铜在约金属铜在约6 000年前已被大规模利年前已被大规模利用用,铁的使用在约铁的使用在约2 500年前年前,而铝的使用在约而铝的使用在约200年前年前,这与金这与金属的活动性及人类冶炼金属的技术有关。属的活动性及人类冶炼金属的技术有关。 二、金属的冶炼二、金属的冶炼1.金属冶炼的含义金属冶炼的含义:利用化学反应使金属元素从利用化学反应使金属元素从化合态
4、化合态变为变为游离态游离态的过程称为金属冶炼。的过程称为金属冶炼。2.常用方法。常用方法。(1)热分解法热分解法:像银这样的不活泼金属像银这样的不活泼金属,可以采用热分解法进可以采用热分解法进行冶炼行冶炼,即通过加热它们的氧化物使其分解生成即通过加热它们的氧化物使其分解生成金属单质金属单质和和氧气。氧化银分解的化学方程式为氧气。氧化银分解的化学方程式为2Ag2O 4Ag+O2。(2)高温还原法高温还原法:含义含义:高温高温下借助下借助还原剂还原剂的冶炼方法称为高温还原法。的冶炼方法称为高温还原法。常用的还原剂常用的还原剂:C、CO、H2和和活泼金属活泼金属等。等。高炉炼铁高炉炼铁:a.原料原料
5、:铁矿石、焦炭和石灰石等。铁矿石、焦炭和石灰石等。铝热反应铝热反应:利用铝热反应原理焊接钢轨的化学方程式为利用铝热反应原理焊接钢轨的化学方程式为Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3。(3)电解法电解法:较活泼的金属较活泼的金属(钠、镁、铝等钠、镁、铝等),一般的还原剂很一般的还原剂很难将它们从化合物中还原出来难将它们从化合物中还原出来,常采用常采用电解熔融的化合物电解熔融的化合物来来制备这些金属。制备这些金属。【自主思考【自主思考1】 金属单质的还原性与其阳离子的氧化性有金属单质的还原性与其阳离子的氧化性有怎样的关系怎样的关系?提示提示:金属单质的还原性越强金属单质的还原性越强,其阳离子的氧
6、化性一般越弱。其阳离子的氧化性一般越弱。【自主思考【自主思考2】 金属的活动性与其冶炼难易有什么关系金属的活动性与其冶炼难易有什么关系?提示提示:金属活动性越强金属活动性越强,即还原性越强即还原性越强,其阳离子的氧化性越其阳离子的氧化性越弱弱,越难还原为金属单质越难还原为金属单质,冶炼越困难。冶炼越困难。【效果自测】【效果自测】 1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“ ”,错误的画错误的画“”。(1)金属在自然界中的存在形式只有化合态没有游离态。金属在自然界中的存在形式只有化合态没有游离态。()(2)地壳中含量最高的金属是铁地壳中含量最高的金属是铁,其次是铝。其次是铝。()(3)金属越活泼往
7、往越难冶炼金属越活泼往往越难冶炼,发现的越晚。发现的越晚。()(4)化合态的金属元素被还原时化合态的金属元素被还原时,一定得到相应的金属单质。一定得到相应的金属单质。() (5)金属冶炼过程中金属冶炼过程中,被冶炼的金属既可被氧化被冶炼的金属既可被氧化,也可被还原。也可被还原。()(6)Na、K等活泼金属可用等活泼金属可用CO还原法冶炼。还原法冶炼。()(7)铝的冶炼方法是电解熔融的铝的冶炼方法是电解熔融的AlCl3。()2.从石器、青铜器到铁器时代从石器、青铜器到铁器时代,金属的冶炼体现了人类文明金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类大规模开发利用的的发展水平。下图表示
8、了三种金属被人类大规模开发利用的大致年限大致年限,之所以有先后之所以有先后,主要取决于主要取决于()。A.金属的化合价高低金属的化合价高低B.金属的活动性强弱金属的活动性强弱C.金属的导电性强弱金属的导电性强弱D.金属在地壳中的含量多少金属在地壳中的含量多少答案答案:B解析解析:活动性越弱的金属活动性越弱的金属,其化合态越易被还原其化合态越易被还原,越易被冶炼越易被冶炼成单质。成单质。3.冶炼金属常用以下几种方法冶炼金属常用以下几种方法:以以C、CO或或H2作还原剂作还原剂以活泼金属以活泼金属Na、Mg等还原等还原利用铝热反应原理还原利用铝热反应原理还原电解法电解法热分解法。把上述冶炼方法填入
9、下列横线上热分解法。把上述冶炼方法填入下列横线上(用序号填写用序号填写)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属等中等活泼金属。 (2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属等活泼或较活泼金属。 (3)Hg、Ag等不活泼金属等不活泼金属。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属等高熔点金属。 (5)K、Rb、Cs、Ti等金属通常还原方法是等金属通常还原方法是。 答案答案:(1)(2)(3)(4)(5)解析解析:中等活泼的金属用高温还原法冶炼中等活泼的金属用高温还原法冶炼,活泼金属用电解活泼金属用电解法冶炼法冶炼,不活泼金属用热分解法冶炼不活泼金属用热分解法冶炼,高熔点金属用铝热法冶高熔点金属用铝热法冶
10、炼。炼。探究任务探究任务1 金属金属的冶炼的冶炼方法方法问题引领问题引领1.金属冶炼的实质是什么金属冶炼的实质是什么?提示提示:金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。属离子得到电子变成金属原子。2.金属冶炼的方法有哪些金属冶炼的方法有哪些?我们如何选择合适的方法冶炼金我们如何选择合适的方法冶炼金属属?提示提示:金属冶炼的方法有热分解法、高温还原法和电解法等。金属冶炼的方法有热分解法、高温还原法和电解法等。根据金属的活动性选择金属的冶炼方法。很活泼的金属一般根据金属的活动性选择金属的冶炼方法。很活泼的金属一般用电解
11、法用电解法(如如Na、Mg、Al等等),较活泼的金属用高温还原法较活泼的金属用高温还原法(如如Fe、Cu等等),不活泼的金属用热分解法不活泼的金属用热分解法(如如Hg等等)。归纳提升归纳提升1.金属冶炼的实质。金属冶炼的实质。金属化合物中的金属阳离子得电子被还原为金属原子金属化合物中的金属阳离子得电子被还原为金属原子,即即Mn+ne-M。金属的活动性不同。金属的活动性不同,冶炼方法不同。冶炼方法不同。2.金属冶炼的方法。金属冶炼的方法。(1)热分解法。热分解法。适用于金属活动性顺序中适用于金属活动性顺序中Cu之后之后Pt之前的金属之前的金属,如如Hg、Ag的氧化物受热就能分解。的氧化物受热就能
12、分解。(2)高温还原法。高温还原法。适用于大多数金属的冶炼。用高温还原法冶炼的金属适用于大多数金属的冶炼。用高温还原法冶炼的金属,其金其金属性一般比较强属性一般比较强,在金属活动性顺序中居于在金属活动性顺序中居于Al之后之后Hg之前的之前的金属都可以用高温还原法。常用的还原剂金属都可以用高温还原法。常用的还原剂:焦炭、一氧化碳、焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等。氢气和活泼金属等。(3)电解法。电解法。适用于适用于K、Ca、Na、Mg、Al等具有强还原性的金属的冶等具有强还原性的金属的冶炼。炼。电解法冶炼金属电解法冶炼金属,解决了很多活泼金属阳离子难以被还原的解决了很多活泼金属阳离子难以被还原的
13、问题问题。(4)物理方法。物理方法。适用于适用于Pt、Au的冶炼。由于的冶炼。由于Pt、Au在自然界中多以游离在自然界中多以游离态的形式存在态的形式存在,经多次淘洗去掉矿粒、泥沙等杂质经多次淘洗去掉矿粒、泥沙等杂质,便可得到便可得到Pt、Au。典型例题典型例题【例题【例题1】 下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是()。答案答案:C解析解析:活泼金属活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼等用电解法冶炼,中等中等活泼金属活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用高温还原法冶炼等用高温还原法冶炼,不活不活泼金属泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼利用热
14、分解法冶炼,故故A、B、D正确。正确。C错错误误,C项为火法炼铜。项为火法炼铜。金属金属活动性与冶炼方法的关系活动性与冶炼方法的关系:【变式训练【变式训练1】 在冶金工业上在冶金工业上,下列各组中的金属一般不能下列各组中的金属一般不能用化学还原剂制得的是用化学还原剂制得的是()。A.Na、K、Mg、AlB.Zn、Fe、Cu、AgC.Na、K、Zn、FeD.Mg、Al、Zn、Fe答案答案:A解析解析:不能用化学还原剂制得的金属是一些非常活泼的金属。不能用化学还原剂制得的金属是一些非常活泼的金属。如如K、Na、Mg、Al等。等。探究任务探究任务2 铝铝热热反应反应问题引领问题引领1.铝热反应实验中
15、镁条与氯酸钾的作用是什么铝热反应实验中镁条与氯酸钾的作用是什么?提示提示:镁条的作用是燃烧放出大量的热引发镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO3分解分解,氯氯酸钾的作用是助燃剂。酸钾的作用是助燃剂。2.为什么要在承接反应物的蒸发皿中垫细沙为什么要在承接反应物的蒸发皿中垫细沙?提示提示:因为铝热反应是一个典型的放热反应因为铝热反应是一个典型的放热反应,反应中放出的反应中放出的大量热能够使铁熔化大量热能够使铁熔化,为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅出伤人出伤人,所以要垫细沙。所以要垫细沙。3.铝热反应在工业上有哪些重要应用铝热反应在工业上有哪些重要应用?提示提示:
16、(1)冶炼熔点高的金属冶炼熔点高的金属,如钒、铬、锰等如钒、铬、锰等;(2)工业上焊接工业上焊接钢轨。钢轨。归纳提升归纳提升铝热反应实验。铝热反应实验。典型例题典型例题【例题【例题2】 铝热剂并不单指铝热剂并不单指Fe2O3与铝粉的混合物与铝粉的混合物,实际上实际上铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。如铝粉与铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。如铝粉与Fe3O4、V2O5或或MnO2等均可发生铝热反应。等均可发生铝热反应。(1)写出上述铝热反应的化学方程式写出上述铝热反应的化学方程式: ; ; 。 (2)据上述反应可总结出铝热反应的特点据上述反应可总结出铝热反应的特点:铝热反应实际铝热反应实际
17、上属于四大基本反应类型中的上属于四大基本反应类型中的,其中铝表现了其其中铝表现了其性性,作作剂剂;铝热反应常用于冶炼金属性比铝热反应常用于冶炼金属性比铝铝(填填“强强”或或“弱弱”)的金属。的金属。 (2)置换反应还原还原置换反应还原还原弱弱解析解析:铝热反应的实质是在较高温度下铝热反应的实质是在较高温度下,用较活泼的还原剂用较活泼的还原剂铝铝,把活动性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。把活动性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。铝铝热反应的拓展应用热反应的拓展应用。 定义定义铝与某些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铝与某些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
18、应应原理原理Al作还原剂作还原剂,另一种氧化物作氧化剂另一种氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出用铝将氧化物中的金属置换出来来铝热剂铝热剂铝粉与某些难熔的金属氧化物铝粉与某些难熔的金属氧化物(如如Fe2O3、Cr2O3、V2O5等等)以一定比以一定比例形成的混合物例形成的混合物反应反应特点特点在高温下进行在高温下进行,反应迅速并放出大量的热反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融新生成的金属单质呈熔融态且易与态且易与Al2O3分离分离应用应用冶炼熔点较高的相对较不活泼的金属冶炼熔点较高的相对较不活泼的金属,如如V、Cr、Mn等等;焊接钢轨等焊接钢轨等【变式训练【变式训练2】 铝热反
19、应的实验装置如图所示铝热反应的实验装置如图所示,下列有关说下列有关说法错误的是法错误的是()。A.X物质为物质为KClO3B.镁条燃烧提供引发镁条燃烧提供引发反应反应所所需的热量需的热量C.若转移若转移0.3 mol电子电子,被被还原的还原的Fe2O3为为16 gD.可利用铝热反应冶炼铁可利用铝热反应冶炼铁答案答案:C解析解析:KClO3受热分解产生氧气受热分解产生氧气,作助燃剂作助燃剂,图示装置中图示装置中X物物质为质为KClO3,A项正确项正确;镁条燃烧放出大量热镁条燃烧放出大量热,可为铝热反应提可为铝热反应提供引发反应所需的热量供引发反应所需的热量,B项正确项正确;在反应在反应2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe中中,Fe元素化合价从元素化合价从+3价变为价变为0价价,还原还原1 mol Fe2O3转移转移6 mol电子电子,则转移则转移0.3 mol电子还原电子还原Fe2O3的物质的量的物质的量为为 =0.05 mol,其质量为其质量为160 gmol-10.05 mol=8 g,C项错项错误误;Fe的活动性弱于的活动性弱于Al,可利用铝热反应冶炼铁可利用铝热反应冶炼铁,D正确。正确。
