9.1 金属的冶炼方法 课件 2024-2025学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

2019苏教版 专题九 金属与人类文明 第一单元 金属的冶炼方法 （氧化还原反应） 能从物质性质与反应条件角度解释不同金属冶炼方法的差异； 认识我国古代文明与金属冶炼的关系； 感受物质制备中丰富的化学思想。 学习目标 思考：以下文献中涉及了哪些金属的“冶炼”？写出相关的化学方程式。 1、古代炼丹术葛洪所著《抱朴子》中记载：“丹砂（HgS）烧之成水银。” 2、唐代诗人刘禹锡在《浪淘沙九首》（之六）中有云：“日照澄洲江雾开，淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。” 3、北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道：“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。” 沙里淘金（物理方法） Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 早在公元前4000多年，人类就通过煅烧矿石炼铜，以制造各种器皿、工具、兵器和饰品等；商周时期，我国的青铜冶铸技术已十分发达；到了春秋晚期，冶炼铁的技术已比较成熟。 广西铜鼓 青铜宝剑 千年沧州铁狮子 （重达32吨） 唐代黄河大铁牛 （重达70吨） 一、金属的存在形式 阅读教材94-95页内容，思考下列问题： 1、自然界中金属元素以哪些形式存在？ 2、金属有哪些良好性能？ 1、金属的存在形式 游离态 少量的金属，如自然金和自然银等 化合态 大部分金属，如地壳中赤铁矿（主要成分Fe2O3），铝土矿（主要成分为Al2O3） 以离子或矿石的形式分布于海洋中，如钠、镁、锰等 自然银 自然金 铝土矿 赤铁矿 磁铁矿 2、金属的性能 金属材料既有良好的可塑性，坚固耐用，而且还有导电、导热等诸多优良性能。 可塑性 导热性 导电性 下图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。 交流讨论 （1）新石器中期，在我国的河北和甘肃等地就已用自然铜来打制铜器，俄罗斯和意大利都有自然铜的矿产地。但很少听闻关于自然铁（单质铁）矿产的报道。为什么？ （2）根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？ （3）找出你熟悉的2~3种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关反应的化学方程式。 金属活动性越强，人类开发、利用该金属的时间就越晚；金属活动性越弱，人类开发、利用该金属的时间就越早。 铝竟然比黄金还贵？ 1 2 3 4 二、金属的冶炼 1、定义： 利用化学反应使金属元素从化合态变为游离态的过程。 2、原理： 利用氧化还原反应的原理，在一定条件下把金属化合物还原为金属单质。 3、实质： 4、冶炼方法： 金属离子 金属单质，即Mn＋＋ne－=M。 热分解法、高温还原法和电解法等 （一）、热分解法 适合一些不活泼金属的冶炼，通过加热其氧化物使其分解生成金属单质和氧气。 1、冶炼银 2、冶炼汞 2Ag2O = 4Ag + O2 ↑ Δ 2HgO = 2Hg + O2 ↑ Δ （二）高温还原法 有C、CO、H2和活泼金属等。 1、定义： 在高温下借助还原剂的冶炼方法。 2、原理： 金属化合物与还原剂在高温下的反应，把金属元素从化合态还原为游离态。利用此方法可以制备大部分金属（如Fe、Zn等）。 3、常用的还原剂: 以赤铁矿（主要成分为Fe2O3）为例，写出工业炼铁过程中涉及的主要反应的化学方程式。并解释：（1）一氧化碳是怎样形成的？（2）原料中的石灰石起什么作用？ 学以致用 从高炉下方通入热空气，原料从高炉上方的传送带送入炉中，焦炭先与热空气中的氧气反应生成二氧化碳，并放出大量的热。 二氧化碳再与灼热的焦炭反应，生成一氧化碳。 一氧化碳在高温下将氧化铁还原为液态的金属铁并从高炉下方分离出来。 石灰石作用：除去铁矿石中的脉石(二氧化硅) 将两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，在其中一个纸漏斗的底部剪一个小孔，用水湿润，再与另一个纸漏斗套在一起，有孔纸漏斗置于内层（使纸漏斗每边都有4层），架在铁架台的铁圈上，其下方放置盛有细沙的蒸发皿或铁盘。 将5 g干燥的氧化铁粉末和2 g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物的上面加适量氯酸钾，再在混合物中间插一根镁条。点燃镁条，观察并记录实验现象。 观察思考 实验现象： 反应原理： 剧烈反应，放出大量热，生成液态铁。 铝热反应 铝热剂 助燃剂 提供热量，引发剂 1、焊接钢轨 2、冶炼熔点较高的金属（如钒、铬、锰等） 铝热反应的应用 分别写出Al与V2O5、Cr2O3、MnO2反应的化学方程式： 3V2O5+10Al === 6V + 5Al2O3 高温 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 高温 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 高温 铝热剂 （三）、电解法 较活泼的金属（钠、镁、铝等），一般的还原剂很难将它们从化合物中还原出来，常采用电解熔融化合物的方法来制备这些金属。 通电 2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2↑ 冰晶石 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 【思考】已知有关物质的熔沸点数据如下表: 参考上述数据填空和回答问题. (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? (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? 因为MgO的熔点远高于MgCl2，所以电解熔融的MgO需要更多的能量，更高的温度,成本更高。 从表中可以发现，AlCl3的熔点很低，且沸点比熔点低，易升华; 熔融时不存在离子，不能导电,故不能被电解。   共价化合物 氯化铝处于熔融态时， 以二聚体的Al2Cl6的形 式存在 铝的冶炼 铝元素是地壳中含量最多的金属元素（约占地壳总量的7.73%），主要以铝土矿（主要成分是Al2O3）形式存在。要从铝土矿中提取铝，首先要获得纯度较高的氧化铝。主要的工艺流程如图9-7所示： 拓展视野 从上述工艺流程可知，铝土矿与氢氧化钠溶液混合时，铝土矿中的Al2O3与NaOH能发生反应，生成可溶于水的偏铝酸钠（NaAlO2）。 Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O 将反应得到的混合物过滤，除去残渣，向滤液中通入过量CO2气体，将其酸化，NaAlO2便转化为Al(OH)3沉淀析出。 NaAlO2 + CO2 + 2H2O=Al(OH)3↓ + NaHCO3 将Al(OH)3在高温下灼烧，即可得到Al2O3。但氧化铝的熔点高达2054 ℃，直接加热氧化铝到熔融消耗的能量很大。1886年，美国化学家霍尔（C. M. Hall，1863—1914）在氧化铝中添加了冰晶石（Na3AlF6），使氧化铝熔融温度降低至950 ℃，从而减少了冶炼过程中的能量消耗。 从矿石中提取人们想要的元素大多需要经历非常复杂的变化过程，其中最关键的是根据目标产物选择合适的化学反应，以实现物质的转化。冶炼得到的金属有时仍含有较多杂质，需要经过进一步的精炼提纯，以满足实际使用。在金属冶炼过程中，必须坚持绿色环保、循环利用、节约成本等原则。 金属冶炼的一般步骤 富集 冶炼　 精炼 除去杂质，提高矿石中有用成分的含量 利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把矿石中的金属离子还原为金属单质 采用一定的方法，提纯金属 理解应用 1、下列金属冶炼原理错误的是(　　) A．2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ B．MgO＋H2 Mg＋H2O C．Fe3O4＋4CO 3Fe＋4CO2 D．2HgO Hg＋O2↑ B 理解应用 2、冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂还原　 　②利用铝热反应原理还原　③电解法　④热分解法 下列金属各采用哪种方法还原最佳。 (1)、Fe、Zn、Cu等中等活泼金属____。 (2)、Na、Mg、Al等活泼或较活金属____。 (3)、Hg、Ag等不活泼金属____。 (4)、V、Cr、Mn、W等高熔点金属____。 ① ③ ④ ② 2019苏教版 金属的冶炼方法 金属的存在 游离态 化合态 金属的冶炼 热分解法 高温还原法 电解法 课堂总结 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$