8.1.1金属矿物的开发利用 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版(2019)必修第二册

第八章 化学与可持续发展 第一课时 金属矿物的开发利用 第一节　自然资源的开发利用 1.了解金属在自然界中的存在形式， 掌握金属冶炼的一般方法和原理 2.掌握铝热反应的原理 学习目标 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 马踏飞燕 沧州铁狮子 铝制厨具 合金汽车 青铜时代 铁器时代 铝器时代 合金时代 人类使用金属材料的先后顺序 新课导入 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 Cu2(OH)2CO3 = 2CuO + H2O + CO2↑ C + 2CuO == CO2 + 2Cu 高温 铜 镜 汉武帝时铜币 先秦刀币 孔雀石 铜是人类第一种大规模使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁。 古代中国劳动人民用木炭炼铁 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 法国皇帝拿破仑三世是一个奢靡的人，同时也喜欢炫耀自己。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。 每次宴会，餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。 为什么贵为法国皇帝，却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢? 《拿破仑的铝碗》 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 《拿破仑的铝碗》 原来，在两百多年前的拿破仑时代，冶炼和使用金银的历史已经很久，宫廷中的银器比比皆是，而冶炼铝的技术还非常落后，炼铝十分困难。 物以稀为贵，拿破仑用铝碗，就是为了显示自己的高贵。 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 金属大规模开发利用的先后顺序与下列( )因素有关 ①金属的活动性 ②金属在地壳中的含量 ③金属冶炼的难易程度 A.①②③ B.①③ C.②③ D.③ B Cu、Fe、Al 自学检测 1min 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 1.金属元素在自然界中的存在形态 游离态 金、铂 化合态 辉铜矿(Cu2S) 赤铁矿(Fe2O3) 孔雀石[Cu2(OH)2CO3] 教师点拨 20min 金属矿物的开发利用 黄铁矿FeS2 金 Au 铂 Pt 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为___________。 金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子_____电子被_____成金属原子，从而获得金属单质。即Mn＋＋ne－=M。 金属的冶炼 得到 还原 金属矿物的开发利用 2.金属冶炼的一般原理 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 千淘万漉虽辛苦， 吹尽狂沙始到金。 美人首饰侯王印， 尽是沙中浪底来。 ——刘禹锡《浪淘沙》 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 淘金原理： 金的密度比沙大 物理方法富集 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 对应阳离子的氧化性_____ 减弱 增强 金属单质的还原性(活动性)______ 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag 越容易被还原 根据金属的活动性顺序不同， 采取不同的冶炼方法 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 2HgO=2Hg+O2↑　 2Ag2O =4Ag + O2 ↑ 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 适合一些不活泼金属(热分解法) 古代炼丹术家葛洪，曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”。 HgS == Hg + S 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au (热还原法) 回忆 初中已经学过的高炉炼铁和氢气还原氧化铜。 Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 高温 CuO+H2 === Cu + H2O 高温 常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭) 其他还原剂有：某些活泼金属(Al) 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au (热还原法) 某些活泼金属也可做还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。如铝热反应。P99 Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 高温 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 MgCl2(熔融)==== Mg+Cl2↑ 　 2Al2O3 (熔融)====4Al+3O2↑ 　 2NaCl(熔融)=== 2Na+Cl2↑ 　　 电解 电解 电解 注明熔融、 条件电解 冰晶石 Na3AlF6， 助熔剂，降低Al2O3的熔化温度 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au (活泼金属——电解法) 【思考】冶炼铝时电解Al2O3 (熔点为2045℃) 而不是AlCl3 (熔点为190℃)？冰晶石的作用是什么？ AlCl3 是共价化合物，熔融态AlCl3 不导电  基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 已知： 化合物  MgO  MgCl2  类型  离子化合物  离子化合物  熔点/℃  2800  714  ①工业制钾、钠、镁时，电解熔融的KCl、NaCl、MgCl2而不电解熔融的K2O、 Na2O、 MgO； 。 ②能否电解饱和的氯化钠溶液来制取钠？ K2O、Na2O、MgO的熔点高，熔融时消耗大量热能，增加生产成本 不能。 2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法 今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗—11号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金75%左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。 注意：正常人的人体，每70公斤体重约含61毫克铝。 但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。 镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价比铝更高。 海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦。 咸是因为含有氯化钠， 苦是因为含有氯化镁， 同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化镁易吸水。 据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁，再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到0.12%，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。 【归纳总结】 富集 金属活泼性与冶炼方法的关系如下： 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 金属矿物的开发利用 3.金属的冶炼方法——其他冶炼方法 熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。 用矿(硫化矿，主要成分为Cu2S)二百五十箩……入大旋风炉，连烹(灼烧) 三日三夜，方见成铜。 湿法炼铜 Fe+CuSO4 = FeSO4 + Cu Cu2S+O2 = 2Cu + SO2 火法炼铜 高温 铝热反应 实验步骤：(1)将纸漏斗底部剪一小孔后用水润湿，再套回原处，并架在铁圈上，下面放置一盛有沙子的蒸发皿。 (2)将5g干燥的氧化铁和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。 (3)用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。 大本P132 镁条: 镁在空气中燃烧放出大量热，为反应提供热量，作引燃剂 KClO3：受热分解产生O2，作助燃剂 细沙：防止蒸发皿炸裂，防止生成的熔融物溅出。 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 Fe2O3+ 2Al = 2Fe + Al2O3 高温 铝热剂(混合物，铝粉和金属氧化物) 放热反应 铝热反应 反应现象： ①镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光 ②纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿 ③有熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体。 铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 铝热反应：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、 MnO2等)在高温条件下发生的置换反应。 铝热反应 (不单指某个反应) 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 高温 ②铝热反应用途： ①焊接钢轨 ②冶炼高熔点的金属(如钒、铬、锰等) 3Fe3O4+8Al === 9Fe + 4Al2O3 高温 ③特点： 反应放出大量的热，能使生成的金属熔化且易于和Al2O3分离。 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 (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。 (3)防止金属的腐蚀。 (4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。 (5)加强废旧金属的回收和再利用。 4.金属矿物资源的开发和利用措施 金属矿物的开发利用 金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源,还会造成环境污染,地球上的金属资源是有限的,是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂。( 　 ) (2)加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜。 (　　) (3)金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子。 (　　) (4)回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物，这符合可持续发展的理念。 (　　) √ × √ √ 适合一些不活泼金属(热分解法) 实战演练 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 1．下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　) C 火法炼铜 实战演练 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 2．工业上冶炼 Ag 的反应为 2Ag2O4Ag＋O2↑，该方法在金属冶炼中被称为(　　) A．电解法　　　　 B．热还原法 C．热分解法 D．置换法 C 实战演练 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 3．下列变化过程不属于金属冶炼的是(　　) A．电解氧化铝 B．铁在氧气中燃烧 C．铁矿石与焦炭在高温下反应高温 D．铝粉与二氧化锰在高温下反应 铁在氧气中燃烧生成氧化物，不属于金属的冶炼。 B 4Al+3MnO2=3Mn+2Al2O3 高温 实战演练 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 4．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是(　　) A．倭铅是指金属锌和铅的混合物 B．煤炭中起作用的主要成分是碳 C．我国历史上铅的使用早于锌 D．该冶炼锌的方法属于热还原法 被还原生成的金属只有锌，没有铅 A 实战演练 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 5．金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、 在自然界中的存在形式及冶炼方法。 (1)金属的冶炼一般有下列方法： a．焦炭法； b.水煤气(氢气和一氧化碳)法； c．活泼金属置换法；d.电解法 请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格： 写出Al与Cr2O3反应的化学方程式(条件为高温)： _____________________________。 高炉炼铁 湿法炼铜 铝热法炼铬 工业上冶炼铝 ________ ________ ________ ________ a c c d 基础课时6 氧化剂和还原剂 必备知识·自主预习储备 关键能力·情境探究达成 基础课时落实 1 2 4 学习效果·随堂评估自测 3 $$