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2019-2020年高中化學 專題三 從礦物到基礎(chǔ)材料 專題小結(jié)教案 蘇教版必修1 三維目標 1．知識與技能 掌握鋁、氧化鋁和氫氧化鋁的性質(zhì)，明確兩性氧化物和兩性氫氧化物的概念，知道體現(xiàn)氧化鋁和氫氧化鋁兩性的化學反應(yīng)。了解自然界中鐵、銅的存在形式及常見的冶煉方法。掌握高爐煉鐵、濕法煉銅的化學原理。掌握Fe2＋、Fe3＋的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化，會用化學方法鑒別Fe2＋與Fe3＋。系統(tǒng)掌握鐵及其化合物的化學性質(zhì)。了解硅酸鹽(水泥、陶瓷、玻璃)的性質(zhì)和用途。 2．過程與方法 通過回憶鋁及其化合物的相關(guān)知識，輔之相應(yīng)練習，培養(yǎng)學生的理解和應(yīng)用能力；通過鐵、銅及其化合物知識的列表比較復(fù)習，培養(yǎng)學生分析對比、歸納綜合的能力。 3．情感態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生嚴謹求實，認真細致的科學精神，使學生學習化學的興趣和積極性得到進一步發(fā)展。 教學重點 鋁土礦提取鋁的方法；氧化鋁、氫氧化鋁的兩性；鋁的性質(zhì)；鐵、銅的化學性質(zhì)；鐵離子的檢驗、Fe2＋和Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化。 教學難點 氧化鋁、氫氧化鋁的兩性；Fe2＋和Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化。 導(dǎo)入新課 通過前面的學習，我們了解了鋁及其化合物、鐵及其化合物、硅及其化合物的性質(zhì)和用途，知道了氧化鋁、氫氧化鋁是兩性化合物，掌握了鐵及其化合物的相互轉(zhuǎn)化，下面我們將對這些內(nèi)容作一回顧。 推進新課 一、從鋁土礦到鋁合金 [思考] 鋁的優(yōu)點多，用途廣，儲量豐富。我們?nèi)绾螐匿X土礦中獲得鋁呢？請大家回顧獲得金屬鋁的流程，并寫出相應(yīng)的化學反應(yīng)方程式。 [分析] 鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素，它主要以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含少量Fe2O3、SiO2雜質(zhì))存在。要獲得金屬鋁，首先將鋁土礦中的氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，生成偏鋁酸鈉和水，向偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳，生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，灼燒氫氧化鋁得到氧化鋁。最后電解熔融狀態(tài)的氧化鋁獲得金屬鋁。 1．電解法獲得金屬鋁 鋁土礦溶解→過濾→酸化過濾→灼燒→電解→鋁 相關(guān)方程式： Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 2Al2O34Al＋3O2↑ [思考] 1.為什么用NaOH溶液來溶解鋁土礦？SiO2、Fe2O3是否都能與之溶解？ 2．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁時加入冰晶石的作用是什么？ [分析] 1.氧化鋁的性質(zhì)比較特殊，它可以和氫氧化鈉反應(yīng)，而氧化鐵是典型的堿性氧化物不可以和氫氧化鈉反應(yīng)，二氧化硅與氫氧化鈉、氧化鋁反應(yīng)生成不溶于水的復(fù)雜的鋁硅酸鈉復(fù)鹽。所以加氫氧化鈉的目的是溶解氧化鋁，除去氧化鐵、二氧化硅。 2．氧化鋁的熔點很高，大約兩千攝氏度，直接熔融氧化鋁能量消耗很大，而在氧化鋁中加入冰晶石可以使得氧化鋁的熔融溫度大大地降低下來，從而減少了冶煉過程中的能量消耗，使得電解法制鋁工藝能夠成功的得以實現(xiàn)。 [練習] 1.下列金屬冶煉的反應(yīng)原理，錯誤的是( ) A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ B．Al2O3＋3H22Al＋3H2O C．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 D．MgCl2Mg＋Cl2↑ 答案：B 2．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，若有0.6 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則理論上能得到金屬鋁多少克？需氧化鋁多少克？ 分析： 由上述可知：2Al2O3～4Al～ 轉(zhuǎn)移12e－ 2 mol 4 mol 12 mol x y 0.6 mol x＝0.1 mol y＝0.2 mol 答案：理論上能得到金屬鋁5.4克，需氧化鋁10.2克。 [思考] 金屬鋁具有怎樣的物理性質(zhì)？什么是合金？為什么要把鋁制成鋁合金？ [分析] 鋁具有銀白色金屬光澤，密度小，有良好的導(dǎo)電性和延展性，也具有良好的導(dǎo)熱性。合金是指由兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 合金的硬度一般比各成分金屬大，多數(shù)合金的熔點低于組成它的成分金屬。因此將金屬制成合金，在工業(yè)上的用途比純金屬更廣。 2．合金：由兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì) [思考] 鋁是一種活潑金屬，具有較強的還原性。常溫下，它有哪些具體的化學性質(zhì)？ [回答] 鋁可以和氧氣、氯氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng)，生成＋3價的鋁的化合物；常溫下，鋁能與稀鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)放出氫氣；鋁和鹽溶液反應(yīng)，置換不如它活潑的金屬；鋁遇到強氧化性酸(濃硫酸、濃硝酸等)發(fā)生鈍化現(xiàn)象；鋁還可以和金屬氧化物發(fā)生鋁熱反應(yīng)。 3．鋁的化學性質(zhì) [投影展示] 與鋁反應(yīng)的物質(zhì) 結(jié)論或化學方程式 與氧氣 4Al＋3O22Al2O3 與稀鹽酸 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 與氫氧化鈉溶液 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 與鹽溶液反應(yīng) 2Al＋3Cu2＋===3Cu＋2Al3＋ 與濃硫酸，濃硝酸 發(fā)生鈍化 鋁熱反應(yīng) 2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe [思考] 鋁和鐵均為活潑金屬，為什么鐵容易生銹而鋁卻不易生銹？ [回答] 鋁片的表面有一層致密的氧化膜，該致密的氧化膜牢固地覆蓋在鋁的表面，阻止了內(nèi)部的鋁繼續(xù)參加反應(yīng)。 [分析] 鐵在空氣中被氧化，表面生成Fe2O3而生銹腐蝕，鐵表面的鐵銹比較疏松，鐵銹里面的鐵還會接觸到外面的空氣和水蒸氣，會繼續(xù)生銹，且生銹后內(nèi)部的鐵被腐蝕的程度和速度都會越來越嚴重。而鋁的表面的氧化膜是致密的，它牢固地覆蓋在鋁的表面，使得內(nèi)部的鋁接觸不到外面的空氣，從而可以阻止內(nèi)部的鋁繼續(xù)參加反應(yīng)。 [思考] 1.什么是鈍化現(xiàn)象？鈍化是不發(fā)生化學反應(yīng)嗎？ 2．什么是鋁熱反應(yīng)？該反應(yīng)有什么用途？ 3．為什么鋁制品使用時要盡量避免長時間盛放酸堿性物質(zhì)？ [回答] 1.常溫下，鋁遇濃硝酸、濃硫酸時會在表面生成致密的氧化膜，這個致密的氧化膜阻止內(nèi)部的金屬繼續(xù)反應(yīng)，我們把這個現(xiàn)象叫鈍化。鈍化是一種化學變化，不是不發(fā)生反應(yīng)，而是生成致密的氧化膜，阻止內(nèi)部的鋁繼續(xù)反應(yīng)。鈍化的前提是在常溫下，如果加熱，鋁將與濃硝酸、濃硫酸發(fā)生劇烈的反應(yīng)。鈍化是鋁與強氧化性酸如濃硫酸、濃硝酸等反應(yīng)。 2．工業(yè)上用鋁粉還原一些金屬氧化物得到金屬單質(zhì)的一類反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。鋁熱反應(yīng)可以用來冶煉難熔的金屬，也可以在野外焊接鋼軌。 3．由于鋁既能與酸、又能與堿反應(yīng)，因此鋁制品使用時要盡量避免長時間盛放酸堿性物質(zhì)，以免被腐蝕。 [練習] 1.往一金屬易拉罐內(nèi)(內(nèi)空)放入一藥匙的某白色晶體，搖動幾下后，立即注入50 mL 6 molL－1氫氧化鈉溶液，用膠布密封罐口。過一段時間后，罐壁變癟；再過一段時間后，癟了的罐壁又重新鼓起。 (1)要產(chǎn)生上述實驗現(xiàn)象，做易拉罐的金屬是______；往罐內(nèi)加入的白色晶體是______。 (2)罐壁變癟的原因是__________________，反應(yīng)方程式是__________________。 (3)罐再度鼓起的原因是__________________，反應(yīng)方程式是__________________。 2．把Al和Fe3O4粉配成鋁熱劑，分成兩等份，前一份在高溫下恰好完全反應(yīng)，然后將生成物與足量的鹽酸充分反應(yīng)，后一份直接加入足量的氫氧化鈉溶液使之充分反應(yīng)，前后兩種情況下生成氣體的物質(zhì)的量之比為( ) A．1∶3 B．9∶8 C．3∶4 D．4∶3 答案：1.(1)Al 干冰 (2)干冰氣化時排出了罐內(nèi)空氣，當加入NaOH溶液后，CO2被吸收，使罐內(nèi)氣壓小于大氣壓，故易拉罐變癟 CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O (3)過量的NaOH溶液與鋁制罐反應(yīng)產(chǎn)生H2，使罐內(nèi)壓強增大到大于大氣壓，故罐再度鼓起 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 2．C [思考] 什么是兩性化合物？Al2O3和它對應(yīng)的水化物Al(OH)3，具有哪些化學性質(zhì)？ [回答] 既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物叫做兩性氧化物。既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物叫做兩性氫氧化物。Al2O3和Al(OH)3既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水，它們都是兩性化合物。 4．Al2O3和Al(OH)3性質(zhì) Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O [思考]1.如何分離氧化鋁和氧化鐵的混合物？ 2．實驗室制備氫氧化鋁，試劑應(yīng)選用氫氧化鈉還是氨水？ 3．明礬的凈水原理是什么？ [回答] 1.向混合物中加入強堿氫氧化鈉溶液，得到偏鋁酸鈉溶液和氧化鐵的混合物，再將混合物進行過濾，就得到偏鋁酸鈉溶液和氧化鐵固體。 2．氫氧化鋁與堿反應(yīng)時，弱酸弱堿是不能把氫氧化鋁溶解的，所以用氯化鋁制備氫氧化鋁只能選用可溶性的弱堿如氨水。 3．明礬溶于水后，電離出鋁離子，電離出的鋁離子會發(fā)生水解，生成氫氧化鋁膠體，生成的氫氧化鋁膠體具有吸附性，凝聚水中的懸浮物并使之沉降，從而可以凈水。 [練習] 1.有A、B、C、D四種均含有鋁元素的化合物，它們之間存在如下的反應(yīng)關(guān)系： (1)A＋NaOH―→D＋H2O (2)B―→A＋H2O (3)C＋NaOH(適量)―→B＋NaCl (4)C＋D＋H2O―→B＋NaCl 則A是__________、B是______________、C是______________、D是__________。 答案：Al2O3 Al(OH)3 AlCl3 NaAlO2 二、鐵、銅的獲取及應(yīng)用 1．鐵、銅的獲取 [分析] 從自然界中提取鐵、銅的原理是用焦炭、CO、H2、活潑金屬(如Al)等常用還原劑將它們從化合態(tài)變成游離態(tài)。高爐煉鐵、濕法煉銅、高溫冶煉黃銅礦等都是獲得鐵和銅常用的方法。 [思考] 性質(zhì)決定用途，鐵和銅在生活中的用途分別能反映出它們的什么物理性質(zhì)？ [回答] 鐵是銀白色金屬、銅是紫紅色金屬，鐵、銅都具有金屬的共同性質(zhì)，即具有金屬光澤，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。鐵具有能被磁鐵吸引和被磁化的特性，而銅具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和延展性。 [思考] 我們已經(jīng)學習了鐵、銅與其他物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)，請大家總結(jié)鐵和銅有什么化學性質(zhì)呢？ [回答] 鐵單質(zhì)和銅單質(zhì)都表現(xiàn)出的是還原性，在一定條件下，鐵和銅可以和某些非金屬、酸和鹽溶液反應(yīng)，這些反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)。 [投影] 2．鐵、銅的性質(zhì) Fe Cu 與非金屬反應(yīng) 3Fe＋2O2Fe3O4 2Fe＋3Cl22FeCl3 Fe＋SFeS 2Cu＋O22CuO Cu＋Cl2CuCl2 2Cu＋SCu2S 與酸的反應(yīng) Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 不反應(yīng) 與鹽溶液反應(yīng) Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2 Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag [總結(jié)] 鐵比銅要活潑，即鐵的還原性要比銅強。在氧化還原反應(yīng)中，銅一般為＋2價，鐵有＋2和＋3兩種化合價。氯氣、雙氧水等氧化性強的氧化劑能把鐵直接氧化到＋3價；而氫離子、銅離子、銀離子等氧化性較弱的氧化劑只能把鐵氧化到＋2價。 [練習] 由FeO、Fe2O3和Fe3O4組成的混合物，測得其鐵元素與氧元素的質(zhì)量比為21∶8，則混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物質(zhì)的量之比可能是( ) A．1∶2∶1 B．2∶1∶1 C．1∶1∶1 D．2∶2∶5 分析：根據(jù)混合物中Fe元素的質(zhì)量與氧元素的質(zhì)量比為21∶8，將其質(zhì)量比轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量之比，不難得出混合物中Fe、O的原子個數(shù)比為3∶4，所以只要FeO、Fe2O3的物質(zhì)的量之比為1∶1即可。 答案：CD [思考] 鐵的化合物有＋2和＋3兩種化合價，溶液中Fe2＋ 、Fe3＋如何檢驗？ [投影] Fe2＋和Fe3＋的檢驗 鑒別方法 Fe2＋ Fe3＋ 觀察溶液顏色 淺綠色 棕黃色 硫氰化鉀溶液 加入KSCN溶液后，溶液顏色未發(fā)生明顯變化，再加入幾滴新制氯水后，溶液變成血紅色 溶液變成血紅色 與NaOH反應(yīng) 白色沉淀迅速變灰綠色最后呈紅褐色 產(chǎn)生紅褐色沉淀 [練習] 證明某溶液只含有Fe2＋而不含有Fe3＋的實驗方法是( ) A．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后顯紅色 B．先滴加KSCN溶液，不顯紅色，再滴加氯水后顯紅色 C．滴加NaOH溶液，先產(chǎn)生白色沉淀，后變灰綠，最后呈紅褐色 D．只需滴加KSCN溶液 分析：先加KSCN溶液若不變紅，則可證明無Fe3＋；再滴加氯水立即呈紅色，則可證明原溶液中有Fe2＋。Fe2＋遇SCN－無明顯變化，滴加氯水后，F(xiàn)e2＋被氧化生成Fe3＋，F(xiàn)e3＋與SCN－結(jié)合使溶液變紅了，故B是正確的實驗方法。 答案：B 3．Fe2＋與Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化 [分析] 強氧化劑(如Cl2)會將Fe2＋氧化成Fe3＋，還原劑(如Fe)會將Fe3＋還原成Fe2＋。 Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，應(yīng)該加入相應(yīng)的氧化劑，例如O2、Cl2、Br2等；從Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，應(yīng)該加入相應(yīng)的還原劑，例如鐵、銅等金屬。我們將這些轉(zhuǎn)化綜合起來，組成了鐵單質(zhì)和Fe2＋、Fe3＋之間的三角轉(zhuǎn)化關(guān)系。 [投影] 鐵及其化合物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系圖： [練習] 根據(jù)以下反應(yīng)①Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2 ②2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2, 判斷：Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋氧化性強弱的順序是( ) A．Fe3＋＞Fe2＋＞Cu2＋ B．Fe2＋＞Cu2＋＞Fe3＋ C．Cu2＋＞Fe2＋＞Fe3＋ D．Fe3＋＞Cu2＋＞Fe2＋ 答案：D 三、含硅礦物與信息材料 [思考] 水泥、玻璃、陶瓷是三大重要的硅酸鹽產(chǎn)品，它們是用什么原料生產(chǎn)的？在日常生活中有哪些應(yīng)用？ [回答] 水泥的主要生產(chǎn)原料是黏土、石灰石、適量石膏，它是當今建筑業(yè)使用最普遍的基礎(chǔ)材料之一。玻璃的主要生產(chǎn)原料是純堿、石灰石、石英，隨著人們不斷探索，在不同場合應(yīng)用的玻璃不斷涌現(xiàn)，如普通玻璃、有色玻璃(如藍玻璃、紅玻璃)、石英玻璃、光學玻璃、鋼化玻璃等。陶瓷的主要原料是黏土，它不僅在生活中，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、電子工業(yè)等方面都有重要用途。 [分析] 在地殼中，硅的含量居第二位，自然界中硅無游離態(tài)存在，只以化合態(tài)(SiO2或硅酸鹽的形式)存在，是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分。二氧化硅是光導(dǎo)纖維的主要原料，光導(dǎo)纖維可用作通訊材料和制造醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。 [思考] 1.為什么不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛堿性溶液？ 2．工業(yè)上如何制取單質(zhì)硅？寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式。 [回答] 1.二氧化硅能與堿性氧化物及強堿溶液反應(yīng)，所以不用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛堿性溶液。 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 2．首先在電爐里高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅，然后將粗硅在高溫下跟氯氣反應(yīng)生成一種液態(tài)物質(zhì)。經(jīng)蒸餾提純后，再用氫氣還原制得純硅。 SiO2＋2CSi＋2CO↑ Si＋2Cl2SiCl4 SiCl4 ＋2H2Si ＋4HCl [練習] 石英砂(主要成分為SiO2)是一種常用工業(yè)原料，其中?；煊猩倭刻妓徕}，要除去石英砂中的少量碳酸鈣，應(yīng)采用的方法是( ) A．用水溶解后過濾分離 B．用稀硫酸溶解后過濾分離 C．用酒精燈加熱 D．用稀鹽酸溶解后過濾分離 答案：D 課堂小結(jié) 本節(jié)課對鋁、鐵、硅及其化合物的性質(zhì)和用途進行了復(fù)習，其中涉及的反應(yīng)較多，我們應(yīng)該在理解的基礎(chǔ)上加以鞏固和記憶。 一、從鋁土礦到鋁合金 1．電解法獲得金屬鋁 鋁土礦溶解→過濾→酸化過濾→灼燒→電解→鋁 2．合金 由兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì) 3．鋁的化學性質(zhì) 4．Al2O3和Al(OH)3性質(zhì) Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O 二、鐵、銅的獲取及應(yīng)用 1．鐵、銅的獲取 2．鐵、銅的性質(zhì) 3．Fe2＋與Fe3＋的相互轉(zhuǎn)化 三、含硅礦物與信息材料 1．實驗室需要使AlCl3溶液中的Al3＋全部沉淀出來，適宜用的試劑是( ) A．NaOH溶液 B．Ba(OH)2溶液 C．鹽酸 D．氨水 2．向明礬溶液里滴入Ba(OH)2溶液，當SO恰好完全沉淀時，其中鋁元素的存在形式為( ) A．全都為Al(OH)3 B．全部形成AlO C．一部分為Al(OH)3，一部分為Al3＋ D．一部分為Al(OH)3，一部分為AlO 3．能與Fe3＋反應(yīng)且能證明Fe3＋具有氧化性的物質(zhì)是( ) ①KSCN ②Fe ③FeCl2 ④NaOH A．④ B．① C．③ D．② 4．在含有1 mol FeSO4的溶液中投入一小塊金屬鈉，反應(yīng)完全后，濾出沉淀并洗滌，然后在空氣中灼燒沉淀得到的固體物質(zhì)是( ) A．Fe B．FeO C．Fe(OH)3 D．Fe2O3 [答案] 1.D 2.B 3.D 4.D 復(fù)習課目的在于對已學知識的整合和梳理，使學生進一步鞏固雙基，使凌亂、分散的知識系統(tǒng)化、條理化，形成知識網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基本知識框架圖，同時在原有的基礎(chǔ)上不斷提高，并能培養(yǎng)分析、解決問題的能力。在復(fù)習時，不能只是對知識的簡單羅列和復(fù)述，既要有不同于新授課，又要站在更高的角度給學生再提高。使學生在復(fù)習時，既能鞏固知識，又能有針對性地查漏補缺，進而達到掌握和靈活運用知識的能力。