第八章 第一节 自然资源的开发利用(第一课时) 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 第一节 自然资源的开发利用 第一课时 金属矿物的开发利用 1. 通过金属及其化合物的性质、金属活动性等知识，归纳金属冶炼的原理、方法及其对社会发展的价值、对环境的影响等。引导学生认识化学与科学、技术、社会的密切联系； 2. 培养节约资源、物质和能量循环利用的意识，形成简约适度、低碳生活的生活态度和生活方式； 3.了解铝热反应的原理和实验。 核心素养 情境导学 自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础，包括土地与土壤资源、矿物资源、生物资源、水资源、能源资源、环境资源等，根据其能否再生可以分为可再生资源和不可再生资源。 自然资源分类与可持续发展目标 土地与土壤资源 矿产资源 生物资源 水资源 能源资源 环境资源 自然资源 经济可持续发展、社会可持续发展 资源可持续发展、环境可持续发展 可再生资源 不可再生资源 植物、微生物、可降解塑料袋、水资源、地热资源等 金属矿产和非金属矿产(煤、石油、天然气、土壤等)、核能等 可持续发展目标 4 任务一：金属资源的开发利用 资料：1、在地壳中含量最高的金属元素是 ，其次是 。 2、我国5 000多年前开始使用青铜器，3 000多年前开始使用铁器，20世纪开始大量使用铝型材，为什么是按照这个顺序呢？ 3、传说拿破仑三世的刀叉具和纽扣都是用铝制造的。筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为什么呢？ Al Fe 任务一：金属资源的开发利用 1、金属在自然界的存在： 游离态 化合态 如：Au、Pt等 如：Na、K、Fe等绝大多数金属 天然金Au 天然铂Pt 黄铜矿 赤铁矿 铝矿 锰矿 钨矿 锌矿 任务一：金属资源的开发利用 2、金属的冶炼： 用化学的方法将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来的过程。 将金属元素从化合态还原为游离态： Mn+（化合态） ＋ne- M（游离态） （被还原） 氧化还原反应 任务一：金属资源的开发利用 3、金属的冶炼方法： 金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 特别活泼金属 较活泼金属 较不活泼金属 最不活泼金属 富集法 (1)富集法—主要用于游离态存在的极不活泼金属，例如：铂（Pt）、金（Au）等。 淘金原理：金的密度比沙大 “美人首饰王侯印，尽是沙中浪底来。” —刘禹锡《浪淘沙》 沙里淘金 在金属活动性顺序中，从左到右，金属活动性越弱，其阳离子得电子的能力越强。 越不活泼的金属越容易冶炼 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性顺序 特别活泼金属 较活泼金属 较不活泼金属 最不活泼金属 富集法 任务一：金属资源的开发利用 3、金属的冶炼方法： 热分解法 (2)热分解法—金属活动性顺序表中的不活泼金属,例如: 汞（Hg）、银（Ag）等。 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS )烧之成水银” 2HgO 2Hg＋O2↑ △ 2Ag2O 4Ag＋O2↑ △ HgS Hg＋S K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性顺序 特别活泼金属 较活泼金属 较不活泼金属 最不活泼金属 富集法 任务一：金属资源的开发利用 3、金属的冶炼方法： 热还原法 热分解法 (3)热还原法—大多数金属（活动性介于Zn~Cu）。 常见还原剂：焦碳、CO、H2、Al等 CuO+H2 === Cu + H2O 高温 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 高温 Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3 高温 铝热反应 CuO+C=== Cu + CO 高温 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性顺序 特别活泼金属 较活泼金属 较不活泼金属 最不活泼金属 富集法 任务一：金属资源的开发利用 3、金属的冶炼方法： 热还原法 热分解法 (4)电解法—非常活泼金属（ Al及Al之前的金属）。 电解法 MgCl2 (熔融) Mg＋Cl2↑ 通电 2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ 通电 冰晶石 2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ 通电 Na3AlF6 降低氧化铝的熔点 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性顺序 特别活泼金属 较活泼金属 较不活泼金属 最不活泼金属 富集法 任务一：金属资源的开发利用 3、金属的冶炼方法： 热还原法 热分解法 (5)其他方法 电解法 火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2 湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/oC 2852 2054 714 190（以分子形式存在） 沸点/oC 3600 2980 1412 180 1、已知有关物质的熔沸点数据如下表: （1）工业上为什么常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，而不用电解MgO的方法生产镁? 因为MgO的熔点远高于MgCl2，所以电解熔融的MgO需要消耗更多的能量，成本较高。 因为AlCl3是共价化合物，熔融状态不能电离出阴阳离子，不导电，故不能被电解。冰晶石的作用是降低Al2O3的熔化温度。 （2）工业上为什么常用电解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生产金属铝，而不用电解AlCl3的方法生产铝? 思考交流 2、计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8×106 J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 铝土矿 氧化铝 萤石 冰晶石 石油焦和沥青焦 碳素电极 液态铝 铝锭 电解 与生产1 kg铝相关的消耗 任务一：金属资源的开发利用 4、合理开发利用金属资源的主要途径： （1）提高金属矿物的 ； （2）开发环保高效的金属冶炼 ； （3）防止金属的 ； （4）加强废旧金属的 ； （5）使用 代替金属材料。 利用率 回收和再利用 方法 腐蚀 其他材料 任务二：铝热反应 (1)概念： (2)实质： 铝和某些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，另一种金属氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来。 Al+M2Om→M+Al2O3 任务二：铝热反应 (3)实验装置： 任务二：铝热反应 (4)实验现象及注意事项： 剧烈反应，发出强光， 纸漏斗被烧穿， 沙子上落有黑色铁珠。 Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3 高温 镁条为引燃剂 氯酸钾为助燃剂 铝热剂 (铝粉 + 金属氧化物 ) 任务二：铝热反应 (5)铝热反应的应用： ①焊接钢轨。 ②冶炼高熔点难冶炼且活动性弱于铝的金属如Mn，Cr，V，W等。 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 高温 3V2O5+10Al === 6V+ 5Al2O3 高温 WO3+2Al === W+ Al2O3 高温 1、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法： ①Na____________ ②Zn__________________ ③Hg____________ ④Au___________________ 2、用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1 mol，消耗铝最少的是 A．MnO2 B．WO3 C．Cr2O3 D．Fe3O4 课堂练习 电解法 热还原法 热分解法 物理方法（富集法） D 3、已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是（ ） A.电解法 B.热还原法 C.热分解法 D.铝热法 A 1、不同的金属，冶炼方法不同 因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。 2、金属活动性顺序表与金属的冶炼 金属活动顺序 金属失电子能力 金属阳离子得电子能力 主要冶炼方法 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu Hg、Ag 强————————————→弱 弱————————————→强 电解法 热还原法 热分解法 小 结 课堂小结 n + M 得电子 M 被还原 At、Pu 富集法 Lavf57.71.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.35(fixed_gap:False) $$