高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 金属的冶炼方法授课课件ppt

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新课程标准1．掌握金属冶炼的一般原理，了解不同金属的冶炼方法。2．掌握铝热反应原理及实验步骤。学业质量水平合格性要求1.具有节约资源，保护环境的可持续发展意识，有效使用金属材料，强化金属资源的回收和再利用。(水平1)2．从金属活动性规律研究金属的冶炼方法，并加以利用解决实际问题。(水平2)等级性要求能说明金属冶炼对社会发展的价值，对环境的影响。(水平3)
[新知预习]一、金属的存在形式1．关于金属的使用，完成以下表格2.存在形式：
3．金属的活动性与存在形式之间的关系(1)金属活动性顺序与使用时间之间的关系：
(2)金属的存在形式与活动性之间的关系：①活动性较强的金属，在自然界中以________态形式存在。②活动性较弱的金属，在自然界中有可能以________态形式存在。③有的金属存在形式既有________态又有________态，如铁元素有________(主要存在于________中)、________和________等存在形式。银元素有__________、____________、__________等存在形式。
☞学而思据西汉东方朔所撰的《神异经·中荒经》记载，“西北有宫，黄铜为墙，题曰：地皇之宫。”文中“黄铜”的主要成分是铜锌，还含少量锡、铅。据此，思考以下几个问题：(1)Zn、Pb、Sn、Cu四者的金属活泼性之间的关系是什么？(2)用黄铜制作的铜器应如何保存？(3)黄铜能与稀硝酸发生反应吗？为什么？(4)能否用灼烧法区分黄铜和黄金首饰？
提示：(1)根据金属活动性顺序表可知，金属活动性：Zn＞Sn＞Pb＞Cu。(2)锌、铜能够在湿润的空气中发生腐蚀，因此用黄铜制作的铜器应置于干燥处保存。(3)黄铜的主要成分是铜锌，还含少量锡、铅，其中的金属均能与具有强氧化性的稀硝酸发生氧化还原反应。(4)黄铜的主要成分是铜锌，还含少量锡、铅，在空气中加热能够生成金属氧化物，其中氧化锌为白色，氧化铜为黑色，而黄金中的单质金与氧气在加热条件下不会反应，固体颜色无明显变化。
二、金属的冶炼1．金属的冶炼
易错警示金属冶炼的注意事项1．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混合物的方法，而不采用电解熔融AlCl3的方法。冰晶石，作用是降低Al2O3的熔融温度2．电解法冶炼金属钠时，电解的是熔融NaCl，而不是NaCl溶液。NaCl溶液中存在Na＋和H＋两种阳离子，H＋得电子能力强于Na＋，若电解NaCl溶液将得不到金属钠。3．同一种金属可能有不同的冶炼方法，要根据原料、生产设备、金属的用途、冶炼成本等来确定，如冶炼铁常采用CO还原法，而不用铝热法。
特别提醒(1)焦炭的作用：提供热量，产生还原剂CO。石灰石的作用：将铁矿石中的SiO2转化为炉渣除去。(2)炉渣的密度比铁水(液态铁)的小，浮在上面，可以通过高炉下部的上、下口分别分离出炉渣、铁水。
4.铝热反应(1)铝热反应实验探究
特别提醒(1)镁条要除去表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末与铝粉要干燥；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行。(2)氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀，以保证氧化铁与铝都完全反应。(3)内层滤纸要用水润湿，以防纸漏斗燃烧。(4)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。
5.铝的冶炼(1)铝在自然界中的存在铝元素在地壳中的含量居第3位，是含量最多的金属元素，主要以铝土矿(主要成分为Al2O3)形式存在。
☞学而思(1)我国高炉炼铁各方面取得了显著进步，但在资源和能源利用率、高炉大型化、提高产业集中度以及环保等方面还跟国际存在很大差距，有待进一步提高，努力向钢铁强国迈进。①写出高炉炼铁的主要化学方程式。②CO是怎么形成的？③原料中用到了石灰石，其作用是什么？
提示：(1)① ， ， 。 ②炭与氧气反应生成二氧化碳，并放出大量的热，二氧化碳再与灼热的焦炭反应生成CO。③石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅(SiO2)转化成炉渣。
(2)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：(2)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泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。金属越不活泼，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。
(3)铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，如图是用铝土矿(主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质)制备铝的工艺流程：
①铝土矿中的Al2O3与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为____________________________。②在工艺流程中“酸化”时，加入的最佳物质B是________，理由是_____________________________________________。③工业上用Al2O3与C、Cl2在高温条件下反应制取AlCl3，理论上每消耗6.0 g碳单质，转移1 ml电子，该反应的化学方程式为_________________________________。
CO2过量时氢氧化铝不会溶解，反应易控制，且原料廉价
[即时自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)由于铁性质比较活泼，所以自然界中没有游离态的铁单质。(　　)(2)金属元素主要存在于地壳的矿石中，海洋中几乎没有金属元素。(　　)(3)由于银的活动性较弱，在自然界中，只有游离态的自然银没有化合态的银矿石。(　　)(4)铝的活动性较强，所以铝被人类开发利用的年限较早。(　　)(5)金属铜是人类使用和开发比较早的金属之一。(　　)
(6)高温还原法常用的还原剂是C、H2、CO、Al。(　　)(7)化合态的金属元素被还原时，一定得到相应的金属单质。(　　)(8)金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原。(　　)(9)Na、K等活泼金属可用CO还原法冶炼。(　　)(10)Al与MgO也能发生铝热反应。(　　)
2．下列关于金属在自然界中存在形式的说法正确的是(　　)A．大多数金属在自然界中以单质形式存在B．金属在自然界中只能以化合态形式存在C．金属在自然界中都能以化合态和游离态两种形式存在D．金属在自然界中的存在形式与其活动性有关
解析：大多数金属的化学性质比较活泼，所以在自然界中大多数金属以化合态形式存在，A项错误；金、铂等的活动性很弱，在自然界中以游离态形式存在，钠、钙等的活动性很强，在自然界中只能以化合态形式存在，故金属在自然界中的存在形式与其活动性有关，B、C项错误，D项正确。
3．下列说法正确的是(　　)A．金属的冶炼原理就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C．金属元素由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化D．金属单质越早被发现和应用，其在地壳中的含量越高
解析：金属冶炼是将金属化合物还原为金属单质的过程，A项正确。冶炼金属并不一定要加入还原剂，如电解法制取钠、镁等，B项错误。金属元素由化合态变为游离态，都是由高价态降低到0价，故金属元素一定被还原，C项错误。金属单质被发现和应用的早晚与其在地壳中的含量无关，D项错误。
5．从金属被利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近几百年的事。下列跟这个先后顺序有关的是(　　)①地壳中金属元素的含量　②金属活动性顺序　③金属的导电性　④金属冶炼的难易程度　⑤金属的延展性A．①③　　B．②⑤ C．③⑤　　D．②④
解析：金属的活动性决定了金属冶炼的难易程度。
6．下列有关高炉炼铁的说法正确的是(　　)A．焦炭和CO都是还原剂B．采用富氧空气可以得到纯铁C．加石灰石主要是为了得到CO2D．高炉炼铁用于还原Fe2O3的还原剂是焦炭
解析：高炉炼铁时，焦炭燃烧生成CO2，CO2再和焦炭反应生成CO，CO还原Fe2O3，这些反应中焦炭和CO都是还原剂，A项正确；采用富氧空气是为了使焦炭能充分燃烧，B项错误；加石灰石主要是为了除去铁矿石中的SiO2杂质，C项错误；高炉炼铁是利用CO还原Fe2O3，D项错误。
7．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过滤后所得沉淀为氢氧化铁C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应D．生成Al(OH)3沉淀的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
例1 现代工业生产中冶炼金属常用以下几种方法：①以C、H2或CO作还原剂的还原法；②热分解法；③电解法；④铝热法。试标明冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn适宜的冶炼方法。(填标号)Al：________，Mg：________，Cu：________，Hg：________，Mn：__________；其中以C、H2或CO作还原剂冶炼金属哪一种还原剂更好？谈谈此还原剂在工业生产中的优缺点____________________________________________________________________________________________________________________。
用氢气作还原剂更好；冶炼制出的金属纯度高，冶炼过程不会给环境造成污染，但是生产成本高
解析：在金属活动性顺序表中，对于Hg及其以后很不活泼的金属，用热分解法冶炼；对于Zn、Cu之间的金属，用高温还原法冶炼，常用的还原剂有焦炭、CO、H2、活泼金属；对于Al及其以前的金属，用电解法冶炼。
例2 如图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。
通过以上实验信息，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(填写在横线上)：________。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
解析：(1)铝热反应为2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。(2)①②③④全为铝热反应的现象。
(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：_________________________________________________________。
防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害
引燃剂，引起氯酸钾分解且燃烧放热引发铝热反应
助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应
解析：(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，蒸发皿内盛沙子；反应中镁条提供热量使氯酸钾分解；氯酸钾分解，为镁条继续燃烧提供氧气，并引发铝热反应。
关键能力　归纳提升1.金属冶炼步骤：(1)金属冶炼的三个步骤及目的：
(2)金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系：
状元随笔　常见高温还原法的优缺点
1．《天工开物》中如下描述“共煅五个时辰，其中砂末尽化成汞，布于满釜。”下列金属的冶炼方法与此相同的是 (　　)A．钠 B．铝 C．银 D．铁
解析：“共煅五个时辰，其中砂末尽化成汞，布于满釜。”方法是加热HgO，使之分解成Hg和O2；工业上冶炼金属钠，常采用的方法是电解熔融氯化钠，故A不符合题意；工业上冶炼铝，采用电解熔融的氧化铝，故B不符合题意；工业上冶炼银，采用加热氧化银，故C符合题意；工业冶炼铁，采用高温还原法，故D不符合题意。
2．高炉炼铁工艺简单、效率高、能耗低。炼铁高炉中加入石灰石的目的是(　　)A．作氧化剂 B．作熔剂造渣C．作还原剂 D．作为合金成分形成铁合金
3．下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是(　　)A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中D. 金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
解析：地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝、铁等在自然界中以化合态存在，金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。
4．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于(　　)A．金属导电性强弱B．金属在地壳中的含量多少C．金属的化合价高低D．金属的活动性强弱
解析：分析图表知，Al、Fe、Cu三种金属活动性逐渐减弱，而三种金属开发利用的时间由晚到早，由此可判断金属活动性越强，冶炼越困难，开发利用的时间越晚。
5．日常生活中的许多现象与化学反应有关，下列现象与氧化还原反应无关的是(　　)
6．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是(　　)A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 ml Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 ml e－D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
7．中华文化博大精深，蕴含了很多化学原理和规律，下列文中描述的变化过程与金属冶炼原理无关的是(　　)A．《浪淘沙》：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”B．《天工开物》：“炉甘石(ZnCO3)与煤饼混合，密封加热”C．《梦溪笔谈》：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”D．《抱朴子》：“丹砂(HgS)烧之成水银”
解析：沙里淘金是利用了沙子和黄金的密度不同，不涉及化学变化，与金属冶炼原理无关，故A正确；“炉甘石(ZnCO3)与煤饼混合，密封加热”，是炉甘石分解生成氧化锌被木炭还原，有锌生成，是高温还原法冶炼锌，故B错误；铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，是湿法炼铜，与金属冶炼原理有关，故C错误；丹砂(HgS)烧之成水银，即HgS发生分解反应生成水银，此过程为热分解法冶炼汞，与金属冶炼原理有关，故D错误。
8．如图是铝热反应的实验装置，有关该反应的下列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 ml氧化剂参与反应则转移电子6NA个(设NA为阿伏加德罗常数)D．还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2
解析：铝与氧化铁的铝热反应2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe。a为镁条，起引燃作用，A项正确；b为氯酸钾，作助燃剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应，其中c为氧化铁与铝粉的混合物，故B项错误；2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe，该反应中氧化剂是氧化铁，2 ml氧化剂参与反应则转移12NA个电子，故C项错误；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，故D项错误。
9．由于各种金属的化学活动性不同，所以对不同的金属必须采取不同的冶炼方法。(1)下列说法中错误的是________(填字母)。A．对废旧金属最好的处理方法是回收再利用B．地球上的金属矿物资源是有限的，必须合理开发和利用C．活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液制得D．高温还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等
(2)金属铜的冶炼在古代有湿法炼铜——曾青(硫酸铜)得铁则化为铜，在现代有焦炭法——焦炭还原氧化铜。分别写出这两个反应的化学方程式：_________________________________________________________。
MgO熔点高，电解前熔化需耗费大量的能量，不符合工业实际
(4)写出用电解法冶炼金属铝的化学方程式：_________________________________________________________。
10．钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛矿石之一是金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、碳粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为______________________________，该反应的还原剂是________。第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。
(1)写出此反应的化学方程式：_________________________________________________________；(2)简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤。_________________________________________________________。
可将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤，即可得到纯净的钛