中五化学｜金属提取备课指引（导师用）｜反应性序、碳还原、电解与产率计算

2026-11-01

学生背得到反应性序，但一问“为何铝要电解、铁用碳”就答不出；这一堂用“金属有几想抢电子”一句话把整张表串起来。

本堂目标　学生能够：① 按反应性序解释三种提取方法的分界（电解、碳还原、天然存在或热分解）；② 写出鼓风炉中 Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 并用摩尔数计产量与产率；③ 讲出电解提取铝为何要用熔融 Al₂O₃ 而非水溶液，并用 Q = It 计理论产量。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
摩尔与摩尔质量	n = m/M	M(Fe₂O₃) = 159.7
氧化还原	金属被还原、还原剂被氧化	CO 是还原剂
电解	阴极得金属、阳极得氧	Al³⁺ + 3e⁻ → Al

02　课堂流程（50 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–8 分	反应性序	K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb Cu Ag Au	越前越难还原
8–18 分	三种方法分界	电解／碳还原／天然	位置决定方法
18–30 分	鼓风炉计量	250 g 矿石，80% 纯度	理论 139.9 g Fe
30–40 分	产率	实际 123.1 g	产率 88%
40–47 分	铝的电解	I = 180000 A，t = 3600 s	60.4 kg Al
47–50 分	离场检查	三题即场判	独立作答

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：反应性序：一条“抢电子”的排队

反应性序由强到弱：K、Na、Ca、Mg、Al、Zn、Fe、Pb、（H）、Cu、Ag、Au。排得越前，金属越容易失去电子，它的化合物越稳定，所以越难把它还原回金属。这一句就是全章的地基：难还原的要用最强手段（电解），中等用碳，最弱的直接挖出来或者加热分解。
要学生把“方法”写在序的旁边，形成三段：K 到 Al 用电解；Zn 到 Cu 用碳还原（Cu 也可用天然铜）；Ag、Au 以元素状态存在，因为它们连氧都不肯结合。提一句反例检查：铜可以用碳还原，但工业上更多用电解精炼，因为要纯度。

要学生做：把 12 个元素排一次，然后在 Al 与 Zn 之间画一条线，写“左边电解、右边碳”。

第二幕：鼓风炉：先写方程式，再讲摩尔

主要反应：C + O₂ → CO₂ 提供热；CO₂ + C → 2CO 造还原剂；Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂。石灰石 CaCO₃ → CaO + CO₂，CaO 再与 SiO₂ 造渣除去杂质。
计量：矿石 250 g，含 Fe₂O₃ 80%，即 200 g；M(Fe₂O₃) = 159.7，n = 1.252 mol；每摩尔 Fe₂O₃ 得 2 摩尔 Fe，所以理论产量 = 2.505 × 55.85 = 139.9 g。实际只得 123.1 g，产率 = 123.1/139.9 = 88%。同时要 CO 105 g，约 3.76 mol。
最常见的错是忘记乘 2：Fe₂O₃ 有两个铁原子，学生直接用 1:1 就少算一半。第二个错是把产率当成“杂质百分比”，两者不同，产率是实际／理论。

要学生做：由 Fe₂O₃ 质量一路写到铁质量，每一步写单位，最后计产率。

第三幕：铝的电解：为何不能用水溶液

铝在反应性序排得很前，碳还原不了它，只能电解。但电解 Al₂O₃ 水溶液只会得氢气，因为水比 Al³⁺ 更容易在阴极放电，所以必须用熔融状态，并加冰晶石（cryolite）把熔点由约 2050°C 降到约 950°C，省能源。
阴极：Al³⁺ + 3e⁻ → Al；阳极：2O²⁻ → O₂ + 4e⁻，碳阳极会被氧慢慢烧掉，要定期更换。计量：Q = It = 180000 × 3600 = 6.48e+08 C；电子摩尔数 = Q/F = 6715 mol（F = 96500 C/mol）；每 3 个电子得 1 个 Al，所以 n(Al) = 6715/3 = 2238 mol，质量 = 60.4 kg。
强调这是最低理论值，实际用电效率约九成，所以真实产量会更低。顺带比较：同样一小时，铁的产量以吨计，铝只有几十公斤，这就是铝贵的原因。

要学生做：由 Q = It 开始，三步算出铝质量，并讲出为何用水溶液会失败。

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
选提取方法	MgO、Fe₂O₃、Ag₂O	看反应性序位置	电解／碳还原／加热分解
鼓风炉产量	250 g 矿石，80% Fe₂O₃	纯质量 → n → ×2 → ×M	139.9 g
产率	理论 139.9 g，实际 123.1 g	实际／理论 × 100%	88%
电解产量	I = 180000 A，3600 s	Q = It → n(e) = Q/F → ÷3 → ×M	60.4 kg

合理性检查（一定要教）：理论铁 139.9 g 一定少过矿石总重 250 g，因为铁只是其中一部分；如果算出 320 g 就一定错。产率 88% 必须在 0 与 100% 之间。电解铝 60.4 kg 用 180000 A 一小时，数量级合理（约每千安培每小时 20 kg 级），若算出几百吨就是漏了法拉第常数。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
500 g 矿石含 60% Fe₂O₃，理论可得多少铁？	约 209.8 g	先乘 0.6 再乘 2×55.85/159.7
理论 209.8 g，实际 178.3 g，产率？	85.0%	实际／理论
电解 Al₂O₃ 用水溶液会得什么？	氢气，不是铝	水比 Al³⁺ 易放电

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
Fe₂O₃ 只出一个铁	摩尔比用 1:1	“Fe₂O₃ 有两个 Fe，每摩尔矿石出两摩尔铁，不好漏了个 2。”
产率当杂质	写“产率 88%，即含 88% 杂质”	“产率系实际除理论，讲你有几多成拿到手。”
电解水溶液得铝	写“电解 Al₂O₃(aq) 得 Al”	“水会先放电，所以一定要熔融，仲要加冰晶石降熔点。”
还原剂角色搞反	写“CO 被还原成 CO₂”	“CO 系还原剂，自己被氧化；铁先系被还原𠮶个。”

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

中学化学章节索引（摩尔、酸碱、氧化还原、电解）　先做摩尔再做金属提取
中学备课指引总览　全科索引

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
为何铝要用电解而铁不用？	铝在反应性序较前，碳还原不了	错＝重讲第一幕
Fe₂O₃ 与 Fe 的摩尔比？	1 : 2	错＝重讲第二幕
电解铝为何要加冰晶石？	降低熔点，省能源	错两题以上＝回到第三幕

09　导师常问

这一章适合哪个年级？

中五，DSE 化学“金属”与“氧化还原”单元都用得上。

要背几多条方程式？

四条：C + O₂、CO₂ + C、Fe₂O₃ + 3CO、Al₂O₃ 电解；另有石灰石分解。

有无配套练习？

家课栏连到化学章节索引，可配氧化还原与电解章节顺序排。

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