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第四章
化学与自然资源的开发利用
第一节 开发利用金属矿物和海水资源
第1课时 金属矿物的开发利用
情景设疑
目标定位
1.了解金属在自然界
随着经济和社会的发展，中的存在形式。
各种各样的金属应用越 2.掌握金属的冶炼方
来越广，但绝大多数的 法。
金属元素以化合物的形 3.掌握铝热反应原理
式存在于自然界的金属 及实验。
矿物中。那么，怎样从 4.了解金属回收和资
金属矿物中得到金属呢？源保护的意义。
不同的金属冶炼方法是 5.认识和体会化学在
否相同呢？(附录见下页) 自然资源开发和利用
中的意义和作用。
金属的冶炼
(一)金属在自然界的存在形态
(二)金属的冶炼
1．冶炼原理
氧化还原反应
金属冶炼的实质是根据____________，使金属
得到电子
矿物中的金属阳离子________生成金属单质的
过程：
Mn＋＋ne－===M。
2．冶炼方法
要点一 金属冶炼的热还原法
1．热还原法的分类
2．热还原法的优缺点
(1)用H2作还原剂时，生成产物H2O在高温下以
H2O(g)蒸发出去，使制得的金属纯度较高，但
成本也较高。
(2)用 CO 作还原剂冶炼金属时，CO 一般在冶炼
△
炉中通过下列反应生成：C＋O2=====CO2，CO2
高温
＋C=====2CO，所以用 CO 还原法冶炼得到的
金属中混有杂质 C，纯度不高。
(3)用C作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭
和金属碳化物，得不到纯度较高的金属。
(4)用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及
其氧化物熔点高、难冶炼的问题，但是成本较
高。
[特别提醒] 同一种金属可能有不同的冶炼方
法，可根据原料、生产设备、金属的用途等来
确定，如金属Cu可用热还原法、湿法冶炼。
1．下列金属冶炼的反应原理，错误的是(
电解
A．2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑
△
B．MgO＋H2=====Mg＋H2O
高温
C．Fe3O4＋4CO=====3Fe＋4CO2
△
D．2HgO=====2Hg＋O2↑
)
解析：Na、Mg很活泼，应用电解法，A正确，
B错误；铁属较活泼金属，可用热还原法，C正
确；较不活泼金属汞可用热分解法，D正确。
答案：B
要点二 铝热反应
1．反应实验
实验
操作
实验
现象
镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化
铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的
反应。反应放出大量的热，并发出耀眼
的白光。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融
物落入沙中
实验
结论
在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大
量的热
2.铝热反应
概念
原理
铝热
剂
反应
特点
应用
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
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
铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、
V2O5等)组成的混合物
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
冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、
Cr、Mn等；焊接钢轨等
[特别提醒] 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)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层
纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周
溅出；
(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)实验装置要与人有一定距离,防止人被烧伤。
2．铝用来焊接钢轨是利用 (
)
A．铝同氧气反应生成稳定的保护层
B．铝是热的良导体
C．铝是强还原剂，铝热反应放热
D．铝合金强度大
解析： 铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，
可达到很高的温度，生成了Al2O3和液态铁，从
而将钢轨焊接在一起。
答案：C
金属的冶炼
下表中金属的冶炼原理与方法不完全
正确的是(
)
冶炼原理
A
B
C
D
方法
热分
加热
2HgO=====2Hg＋O2↑
解法
电解
电解
2Al2O3(熔融) ===== 4Al＋3O2↑
冰晶石
法
热分
高温
Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2
解法
高温
Fe2O3＋2Al=====2Fe＋Al2O3
热还
原法
解析： 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正确，C错误。
答案： C
[规律方法] 选择金属冶炼的方法要依据金属
在自然界中的存在形态和金属的活泼性。金属
活动性顺序表中，金属的位置越靠前越难被还
原，金属的位置越靠后越容易被还原。
1．下列金属的工业制法正确的是(
)
A．制钛：用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液
中的钛
B．炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳
在高温下还原铁矿石中的铁
C．制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯
净氯化钠溶液得到金属钠
D．炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为
99.9%的铜
解析： 金属钠在溶液中无法置换出金属钛，
因为钠首先与水发生反应，A项错误；电解氯
化钠溶液得不到金属钠，实际生产中是在高温
条件下电解熔融NaCl制得钠和氯气，C项错误；
一般是用黄铜矿制得粗铜，然后再用电解精炼
法得到纯度很高的铜，D项错误。
答案： B
铝热反应及其应用
如右图所示，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。把内层滤纸
取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另
一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置一
盛沙的蒸发皿。把5 g干燥的氧化铁粉末和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。
(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：________。
思路点拨： 解答该题应注意以下三点：
(1)铝热反应为典型置换反应，条件为高温。
(2)铝热反应中铝热剂为Al粉(还原剂)和金属氧
化物(氧化剂)，引燃剂为KClO3。
(3)铝热反应放出大量的热量。
高温
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全为该铝热反应的现象。
(3)铝热反应实验中①为使熔融物易落下通常在
内层纸漏斗底部剪一个孔；②为防止溅落物炸裂
蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；③反应中镁条引起氯
酸钾分解；④氯酸钾引发铝热反应。
高温
答案： (1)Fe2O3＋2Al=====Al2O3＋2Fe
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
引起氯酸钾分解 引发铝热反应
[误区警示] 铝热反应是利用铝的强还原性，
在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金
属氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al活动
性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称
之为铝热剂，如Al和MgO组成的混合物不能称
之为铝热剂。
2．下图为铝热反应的实验装置，请回答下列问
题：
(1)引发该铝热反应的操作为
_______________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？
________(填“能”或“不能”)，理由是
_______________________________。
(3)铝热反应的用途有哪些
_______________________________。
解析： (1)利用镁条燃烧放热促使KClO3分解
产生O2从而引发铝热反应。
(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
答案： (1)在混合物中间插一根镁带，并用燃
着的小木条(或火柴)点燃镁带
(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁
(3)用于焊接钢轨；冶炼某些金属
热点实验 一氧化碳还原氧化铜的实验探究
[探究举例] 以下是一学生用CO干燥气体还原
W g不纯氧化铜(所含杂质不与通入的气体反应)
测定氧化铜纯度的实验。所给出的气体和试剂
都是足量的。请根据实验操作过程回答下面的
问题。
(1)点燃酒精灯前先要检查________，原因是
_________________________________________
_______________________________。
(2)尾气处理装置是________(填Ⅱ或Ⅲ)，产生
的现象是
_________________________________________
_______________________________。
装置Ⅰ中发生反应的化学方程式是
_______________________________。
选用尾气处理装置中发生反应的化学方程式是
_________________________________________
_______________________________。
(3)把最后逸出的气体尾气收入球胆中，目的是
_________________________________________
_______________________________。
(4)请你根据上图，写出两种测定氧化铜纯度的
方法，用文字简述其原理和需要测定的数据。
方法一：_________________________________
_______________________________；
方法二：
_________________________________________
_______________________________。
解析： (1)CO为可燃性气体，与空气混合后
受热易发生爆炸，因此点燃酒精灯前应先检验
CO的纯度。
(2)CO还原CuO生成CO2，CO2能使澄清石灰水
变浑浊(合理即可)。
(3)CO具有可燃性且有毒，尾气收入球胆中既
安全又能防止环境污染。
(4)通过测定装置Ⅰ中硬质玻璃管减少的质量或装
置Ⅱ中石灰水增加的质量，可推知CuO的质量、
进而计算CuO样品中CuO的纯度。
答案： (1)CO 的纯度 CO 与空气混合受热易
发生爆炸
(2)Ⅱ 澄清石灰水变浑浊
△
CO＋CuO=====Cu＋CO2
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O(合理即可)
(3)既防止CO与空气混合加热发生爆炸，又防
止环境污染
(4)方法一：测定装置Ⅱ中石灰水增加的质量，
利用物质的量关系CuO～CO2，推出CuO质量、
进而计算CuO样品的纯度
方法二：测定装置Ⅰ中硬质玻璃管减小的质量，
利用物质的量关系CuO～Cu～Δm推出CuO质
量，进而计算CuO样品的纯度
1.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： 金属活动性顺序表中，金属的位置越
靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能
使金属离子还原，人们开发、利用的时间就较
早；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼
的金属只能用最强的还原手段(电解)来使金属
离子还原，人们开发利用的时间就较晚。
答案： D
2．下列关于金属冶炼的说法不正确的是(
)
A．热分解法适用于制备不活泼金属
B．热还原法的常用还原剂是C、H2、CO、A1
等
C．熔融电解法适用于制备不活泼金属
D．水溶液中置换法适用于活泼金属制取不活
泼金属
解析： 熔融电解法适用于制备活泼金属，热
还原法适用于制备比较活泼的金属，热分解法
适用于制备不活泼金属。
答案： C
3．铝的活泼性较强，直到18世纪人类才开始将
Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝价格十分
昂贵，拿破仑的头盔就是用Al制作的，现在还
保存在大英博物馆中。下列冶炼铝的方法正确
的是(
)
熔融
A．Al2O3――→Al
电解
盐酸
熔融
B．Al2O3――→AlCl3――→Al
电解
H2
C．Al(OH)3――→Al
高温
C或CO
D．Al2O3 ――→ Al
高温
解析： 从Al的还原性和AlCl3熔融的导电性两
个方面分析。H2、CO、C等皆不能使Al2O3或
Al(OH)3还原为Al，C、D不正确；AlCl3是分子
晶体，熔融后不导电，B不正确。
答案： A
4．下列说法错误的是(
)
A．回收照相业中的定影液可提取镁
B．回收不锈钢可提取铬或镍以及铁
C．回收可口可乐易拉罐可回收铝
D．回收精炼铜的阳极泥可得金、银等贵重金
属
解析： A中，照相业中的定影液主要含有硫
代硫酸钠(Na2S2O3)，能与底片上的感光材料上
未感光的AgBr形成络离子，溶解在定影液中。
然后将定影液中的Ag＋转化为单质银而回收。B
中，不锈钢主要含有Fe、Cr、Ni等金属；C中
易拉罐主要成分是Al；D中阳极泥含有未溶解
的不活泼金属Au、Ag等。
答案： A
5．(1)在一次化学晚会上，一位同学表演了一
个有趣的魔术：用蘸有饱和硫酸铜溶液的玻璃
棒在一洁净的铁片上点上数处，所点之处，点
铁成“金”。你知道其中的奥妙吗？请用化学
方程式表示其反应原理：
_________________________________________
_______________________________。
(2)铜在自然界多以＋1价矿石存在，因为在固
态或是高温下＋1价铜比＋2价稳定。辉铜矿
(Cu2S)炼铜的方法之一是将矿石高温通空气焙
烧，生成两种氧化物。将焙烧过的矿石加上比
它质量约少一半的未经焙烧的矿石，混合后隔
绝空气再进行高温焙烧，结果得到金属铜和一
种具有刺激性气味的气体。这两个反应的化学
方程式为_________________________________
_______________________________________、
_____________________________________。
解析： (1)Fe能置换CuSO4中的铜，化学反应
方程式为Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
(2)因为在固态或高温下＋1价铜比＋2价铜更稳
定，所以高温通空气焙烧Cu2S时，生成两种氧
化物为Cu2O和SO2，而后Cu2O与Cu2S在隔绝空
气时高温焙烧生成Cu和SO2，结合氧化还原的
知识即可写出两化学方程式。
答案：
(1)Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4
高温
(2)2Cu2S＋3O2=====2Cu2O＋2SO2
高温
2Cu2O＋Cu2S=====6Cu＋SO2↑