人教版 (2019)第八章 化学与可持续发展第一节 自然资源的开发利用教学设计

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新知探究(一) 金属矿物的开发利用[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．金属元素在自然界存在的形态
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
(2)绝大多数金属以化合态的形式存在。
2．金属冶炼的原理
利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，把金属元素由化合态还原为游离态。
3．金属的冶炼方法
(1)热分解法：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。反应的化学方程式：
2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑。2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
(2)电解法：像钠、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，只能用电解的方法来冶炼。反应的化学方程式：
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑。
(3)热还原法：大多数金属都是在高温下被合适的还原剂还原获得；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如铝)等，请写出下列反应的化学方程式：
高炉炼铁：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。
用氢气还原氧化铜：CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O。
铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。
4．金属矿物资源的合理开发和利用
(1)原因
①地球上金属矿物资源有限。
②金属冶炼消耗很多能量、造成环境污染。
③金属腐蚀现象造成大量损失。
(2)措施
①提高金属矿物的利用率。
②开发环保高效的金属冶炼方法，防止金属的腐蚀。
③加强废旧金属的回收和再利用。
④使用其他材料代替金属材料。
[落实新知能]
1．金属的活泼性与冶炼方法的关系
eq \(――――――――――――――――――――→,\s\up7(K Ca Na Mg Al | Zn Fe Sn PbH Cu| Hg Ag | Pt Au|),\s\d5( 电解法 热还原法 热分解法 物理法))
金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
2．常见几种金属的冶炼误区
(1)Au、Pt一般用物理法提取。
(2)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。
(3)Al不能用于冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。
(4)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。
[演练新学考]
1．下列化工原理生产中错误的是( )
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 ②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④工业上用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
A．②③ B．①③
C．①②③ D．②③④
解析：选A 工业上一般采用电解熔融氯化钠的方法冶炼金属钠；若将钠加入到氯化镁溶液中，发生反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl，所以不能冶炼金属镁；氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝作原料，通过电解的方法得到金属铝；由于MgO、MgCl2均为离子化合物，熔点：MgCl27，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等
C．气体Z易燃，可以还原氧化铜
D．液体Y是一种纯净物
解析：选D 煤的干馏是化学变化，A项正确；所得产物有焦炉气(含有CH4、H2、C2H4、CO等)、煤焦油(不溶于水的一种多成分混合物)、粗氨水、粗苯、焦炭等，焦炉气中的H2、CO可还原氧化铜，且易燃，C项正确；氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，粗苯密度小于水，在上层，故B项正确；煤焦油中含有多种物质，属于混合物，D项错误。
15．海藻中含有丰富的碘元素(以I－形式存在)。实验室中提取碘的流程如图：
eq \x(海藻)eq \(――→,\s\up7(灼烧),\s\d5(A))eq \x(海藻灰)eq \(――→,\s\up7(浸泡),\s\d5( ))eq \x(悬浊液)eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(B))eq \x(含I－的溶液)eq \(――→,\s\up7(适量),\s\d5(Cl2))
eq \x(\a\al(含I2,的溶液))eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(C))eq \x(\a\al(碘的有,机溶液))eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(D))eq \x(晶体碘)
上述流程中步骤A～D对应的装置图正确的是( )
解析：选C 由流程分析可知，海藻在坩埚中灼烧得到海藻灰浸泡得到悬浊液，过滤得到含碘离子的溶液，通入适量氯气氧化碘离子生成碘单质，加入有机溶剂萃取分液得到碘的有机溶液，通过蒸馏得到晶体碘。步骤A～D对应的装置图中，固体应在坩埚中灼烧，A错误；过滤操作需要沿玻璃棒引流到过滤器，B错误；萃取分液在分液漏斗中进行，C正确；蒸馏装置中温度计应在蒸馏烧瓶的支管口处，冷凝管中水流应下进上出效果好，D错误。
16．冶炼金属常用以下几种方法：
a．以C、CO或H2作还原剂还原；
b．利用铝热反应原理；
c．电解法；
d．热分解法。
(1)下列金属各采用哪种方法冶炼最佳？
①Fe、Zn、Cu等较不活泼金属________；
②Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________；
③Hg、Ag等不活泼金属________；
④V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
(2)工业上生产钾不能用电解熔融KCl的方法制得，因金属钾易溶于熔融态的KCl中而有危险，难获得钾，且降低电解效率。现生产钾是用金属钠和熔化的KCl反应制取。有关数据如下表：
工业上生产金属钾的化学方程式是：
KCl＋Naeq \(――→,\s\up7(一定条件))NaCl＋K
工业上制金属钾主要运用到上表所列的哪些物理常数？________；其选择范围是________________________________________________________________________。
解析：选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。根据每种金属的特点，应选择最佳方案，其中(2)要进行反应Na＋KCl===NaCl＋K，最佳选择是使K作为气体逸出，而其他物质仍然保留在体系中，这样，根据化学平衡，反应可不断正向进行。根据表中数据可知，在801 ℃