金属的冶炼.doc

金属的冶炼山丹一中化学组教材分析本节教材可以分为两部分。教材以金属在自然界中的分布、存在形式、储量以及金属资源的回收和保护作为本节的引言，引出第一部分关于金属的冶炼知识。在金属冶炼的三个步骤中，利用氧化还原反应原理，把金属矿石中的金属离子还原成金属单质这一步是最关键的步骤，也是化学所要重点研究的问题。由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，冶炼方法自然不同。教材以金属活动性顺序为线索，以举例的方式，简介了三种冶炼金属的方法，即热分解法、热还原法和电解法。热分解法适用金属活动性顺序中位于氢以后的金属；热还原法适用位于金属活动性顺序中部的金属；而对于钾、钠、钙、铝等活动金属，一般采用电解的方法制备。由于生产条件的不同，同一种金属也可能有多种冶炼方法，但冶炼方法的总的趋势是，金属活动性顺序中，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还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。教材的第二部分是金属的回收和资源保护的有关知识，这些知识的教学要求不高，主要是为了培养学生的环境意识和资源观念，这也正是教材中插图523的目的所在。重点难点教学重点：金属冶炼的一般原理。知识目标1使学生了解金属冶炼的一般原理。2常识性介绍金属回收的重要意义，树立资源保护意识。能力目标：培养学生综合分析思维能力情感目标：使学生养成热爱自然重视环保意识重难点：金属冶炼的原理过程：我国古代的钢铁冶炼1我国是发明铸铁冶炼最早的国家。迄今发现最早的生铁实物，是江苏六合程桥出土的春秋晚期的一种铁块；经科学分析，是白口生铁。这是经过分析证明的最早的生铁实物，也是世界上最早的生铁实物。我国冶铁技术至迟是在公元前的春秋中期发明的，比欧洲要早一千五百年。为了增强炼铁能力，提高炼铁质量，我国在战国时期发明了最早鼓风炼铁技术，采用人力压动的皮风囊鼓风。到了汉代出现了牛、马带动的皮风囊鼓风，特别是到了东汉初年，发明了水力鼓风囊。这种鼓风炼铁技术，比欧洲早一千二、三百年。这项技术直到十三世纪末才传入欧洲。到了明代，我国又发明了活塞式木风箱，提高了风压和风量，强化了冶炼、增加了产量。欧洲直到十八世纪后期才发明了活塞式鼓风器，比我国晚了一个多世纪。2利用焦炭冶铁是我国的一项发明，它在世界冶金科学史上留下了光辉的一页。我国用煤冶铁的明确记载，最早见于晋代释道安释氏西域记(水经注河水篇引)。然而煤在炉内受热后容易碎，使炉料透气性变坏，并且煤中含硫虽高，影响生铁的质量。到了南宋末年、我国开始将煤炼成焦炭再供冶金使用，广东新会一处十三世纪后期的冶铁遗址中出土的焦炭，是目前世界上发现最早的焦炭。在欧洲英国至公元1788年才开始用焦炭冶铁，比我国晚了五百多年。金属元素综合复习第一课时 金属的性质教学目标1通过对典型金属元素性质的复习，使学生掌握金属的结构、性质、化学反应等方面的初步规律。2使学生能运用所学金属在化学反应方面的规律，解决和说明一些简单的生产实际问题。3运用启发式教学，培养和训练学生的归纳、总结、推理能力。重点和难点 1不同金属与各典型酸在不同条件下的反应情况2金属在反应中的变价教学方法 运用启发、谈话，师生共同活动完成对复习内容的归纳总结教学过程【引言】我们已经学过了碱金属、镁、铝、铁等金属元素，现在来总结一下金属元素在结构、性质方面的规律。【板书】1金属原子结构特征，价态及在周期表中的位置【讲解】金属原子最外层电子数较少，在化学反应中易失去电子形成阳离子。如Na+、Mg2+、Fe3+等。一种元素在不同的化合物中可表现为多种价态。如锰元素在MnCl2、MnO2、K2MnO4、KMnO4中分别表现为+2、+4、+6、+7等价态。【提问】根据金属原子结构特征，确定金属元素在周期表中所处的位置。【小结】位于各周期前半部及第族和所有副族中。在某些主族中处于族的下部。2金属的物理性质【提问】在物理性质方面金属的共性有哪些？【板书小结】（1）常温下为晶体（汞除外）（2）有金属光泽（3）热电的良导体（4）大多有良好的延展性【思考】（1）为什么不少有光泽的金属在粗糙的白墙上划出的痕迹是黑色的？（2）用金属的晶体结构解释金属的上述物理性质。3金属的化学性质【提问】金属参加化学反应的实质是什么？【回答】失去电子变为阳离子而发生氧化反应。示意为M - ne Mn+【提问】金属与氧气、卤素、水、酸等反应情况怎样？（先要求学生自己动手写出总结提纲）【板书提纲】（2）与Cl2几乎所有金属都反应如3Fe+4H2O（气）Fe3O4+4H24金属与盐酸、硫酸、硝酸的反应情况（通过提问、谈话总结如下）“”表示能反应“”表示不能反应5金属在盐溶液中的置换情况【学生练习】写出下列反应的化学方程式（1）铁片置于硫酸铜溶液中（2）小块钠投入硫酸铜溶液中【提问】描述上面两反应的产物和现象【实验】将一洁净的铁片插入硫酸铜溶液中，再将一小块钠投入硫酸铜溶液中，观察现象（可用投影仪）【教师口头小结】与水剧烈反应的活动金属不能置换出另一金属单质，而是先与水反应，生成的碱再与盐发生复分解反应【板书】2Na2H2O=2NaOHH2CuSO42NaOHCu(OH)2Na2SO4（蓝色）6金属的变价【学生练习】分别写出（1）锌与稀硫酸、氯气反应的化学方程式（2）铁与稀硫酸、氯气反应的化学方程式【教师小结】有些金属只表现一种价态，如Na、Mg、Al、Zn等，有些金属表现多种价态如Fe、Cu、Pb、Sn等【板书】【布置作业与思考题】（1）“金属性”与“金属活动性”在概念上有什么区别？举例说明。（2）标出金属元素在周期表中所处的区域图（3）从哪几个方面可以比较金属活动性的大小，举例说明（4）总结金属参加的生成氢气的化学反应第二课时 金属的冶炼教学目标1认识金属冶炼的本质并归纳冶炼金属的基本方法2了解炼铁与炼钢的原理3总结重要金属离子的检验方法重点 金属的冶炼原理、炼铁与炼钢的比较教学过程1金属冶炼的原理【提问】金属冶炼的实质是什么？【教师总结】金属冶炼就是把化合态的金属元素转变为金属单质。而化合态金属大多呈阳离子状态，所以冶炼金属的实质就是：使金属阳离子获得电子，还原为金属原子的过程。示意为：Mn+neM2金属冶炼的手段【提问】回忆总结冶炼金属时的还原手段有哪些？各举一例说明。【小结】（1）对活泼金属如K、Na、Ca、Mg、Al需用最强有力的还原手段电解法。（2）对较活泼金属如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、W可用还原剂法。（3）对一些很不活泼的金属如Hg，用加热法即可。【板书】【练习】写出冶炼金属钠、铝、铁、汞的化学方程式。【教师检查后板书】HgSO2-HgSO2【学生练习】（1）写出以H2作还原剂由WO3制金属钨的化学方程式；（2）写出以炭作还原剂还原CuO的化学方程式。【讨论和思考】我国古代劳动人民最早发明了“水法炼铜”，是水法冶金的起源，在世界化学史上是一项重大贡献，早在西汉时期淮南万毕术里就有“曾青得铁，则化为铜”的记载，曾青可能是碳酸铜一类物质，把其溶于酸中得溶液，当把铁粉投入此液即可得铜，根据学过的化学知识，分析其原理，并写出化学方程式。早在人们使用铜铁之前，人们就使用黄金和白银作为饰物和货币；历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期”而近百年才大量使用铝制品，这些历史事实与金属活泼性和冶炼的难易有什么联系？3炼铁与炼钢【提问】比较生铁与钢在组成和性质、应用方面的区别。【小结】（略）（1）炼铁与炼钢的原理【提问】根据生铁和钢的组成区别总结炼铁与炼钢的原理与手段（先由学生拟出提纲）【小结】挂出图表【思考】：（1）炼铁原料中的还原剂是焦炭，而化学方程式中却写为一氧化碳，为何？（2）炼铁原料中的石灰石与炼钢原料中的生石灰的作用是什么？4常见金属离子的检验【提问】：回忆总结K+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ag+等离子的检验法【在学生回答的基础上小结】挂出图表：K+：焰色反应（紫）（钴玻璃）Na+：焰色反应（黄）Mg2+：遇碱生白色，不溶于过量碱Al3+：Al(OH)3NaAlO2（沉淀溶解）Fe3+：与KSCN变红，与NaOH生红褐色Fe2+：加氯水后加KSCN变红，与NaOH生（白绿褐）Cu2+：溶液中本身显蓝色，加碱生蓝色Cu(OH)2，继续加热又变为黑色Ag+：加足量稀盐酸生白色蘸溶液于白纸上，遇光变黑【布置作业与思考题】（1）如何分离AlCl3和FeCl3的混合溶液，答出使用试剂与分离操作步骤（2）设计一实验装置，用一氧化碳还原氧化铁，并要求多余的一氧化碳不能逸入空气中。（已知甲酸和浓硫酸共热可制取一氧化碳。）河南省南阳市一中 邓桦金属在自然界中的分布金属在自然界中的分布很广，无论是矿物，还是动植物体内，或多或少地都含有金属元素。由于不同金属的化学活动性相差很大，因此，它们在自然界中的存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金和铂以及少量的银和铜。化学性质比较活泼的金属，在自然界中总是以化合态存在。我国金属种类繁多，储量也较丰富，如钨、钼、钛、稀土金属等储量均居世界前列，铜、铝、锰等矿物的储量在世界上也占有重要地位。我国是世界上已知的矿物种类比较齐全的少数国家之一。但是，我们也应该认识到，由于我国人口多，人均占有矿物资源量较少，因此必须加强金属资源的回收和利用，节约矿物资源。金属的冶炼人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，这也就是人们常说的金属的冶炼。大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石灰石和长石等。从金属矿石中提炼金属一般需要经过三个步骤：第一步是矿石的富集，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量；第二步是冶炼，利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质；第三步是精炼，采用一定的方法，提炼纯金属。冶炼金属的方法很多，其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。由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同，因此就必须采取不同的冶炼方法。工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法或电解法。现简单介绍如下：1热分解法有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序中，位于氢后面的金属的氧化物受热就能分解，例如：2HgO2HgO22Ag2O4AgO22热还原法多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等，例如：MgOCMgCOFe2O33CO2Fe3CO2WO33H2W3H2OCr2O32Al2CrAl2O33电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。2Al2O34Al3O22NaCl2NaCl2对于某些不活泼金属，如铜、银等，也常用电解其盐溶液的方法进行精炼，但电解法要消耗大量电能，成本较高。垃圾的处理方法分类收集 是指在垃圾的产地，根据对垃圾的处理或回收利用的不同要求，将垃圾分为不同类别进行收集。分类收集一般采取设置不同容器、不同颜色的或规定特定的垃圾收集器等办法进行。分类收集处理效果好，经济效益显著，但需要居民的协作。德国就是采用分类收集的方法来处理生活垃圾的。每个家庭一般有三个桶：一个桶装报纸和各种废纸；一个桶装要送去焚烧处理的垃圾；还有一个桶用来装要收集的各类资源型垃圾，这些垃圾会被送去资源垃圾回收厂进行分类和回收，但不包括玻璃瓶。各种颜色的玻璃瓶洗净、晾干后，放在大门进口处的一个大箱子里，然后再送到社区的玻璃专用回收桶中去。破碎、压缩 破碎是重要的预处理工序，特别是大型消费废弃物数量的增加，破碎更显得重要。破碎的目的是减少垃圾体积，增加均匀度，便于下一步处理。压缩是减少垃圾体积的最直接的方法，压缩过程对水质和空气不造成污染，投资和操作费用低，压缩后更便于运输、填地，甚至可直接用作建筑材料。城市垃圾经压缩后一般可缩至原体积的15，法国还试验采用更高压力，并加入粘合剂，将垃圾压缩到原体积的120。管道运输 这是理想的运输垃圾废物的方法，清洁卫生，还可节约劳动力和车辆，避免了地面交通拥挤的问题，但投资比较高。瑞典的斯德哥尔摩市有10处采用真空管道运输垃圾，垃圾集中站的下面铺设真空管道，可自动地将垃圾运走。西欧正在试验将垃圾制成浆状，通过管道长距离输送更重的废物。现在采用最多的几种垃圾处理方法是：卫生填埋 这是广泛采用的处理城市垃圾的方法，其基本操作是铺上一层城市垃圾并压实后，再铺上一层土，然后逐次铺城市垃圾和土，如此形成夹层结构。同时，可有计划地将废矿坑、粘土坑等经过卫生填地，改造成公园、绿地、牧场、农田或作建筑用地。垃圾焚化 焚化是将城市垃圾在高温下燃烧，使可燃废物转变为二氧化碳和水，焚化后残灰仅为废物原体积的5以下，从而大大减少了固体废物量，还可以消灭各种病原体，把一些有毒、有害物质转化为无害物质并可回收热能。由于大城市附近缺乏填埋场所，所以多采用焚化法处理垃圾、废物。综合利用 城市垃圾的回收利用日益受到重视，美国修订了原来的固体废物处理法，公布了资源回收法，通过法律鼓励和支持回收利用技术的研究。日本、西欧等发达国家也在大力开展这方面的工作，这种方法也叫资源化法，是当前和今后要大力发展的方法。美国科学家认为，扔弃于垃圾堆的