8.1.1 金属矿物的开发利用-2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修第二册

第八章 化学与可持续发展 容山中学 化学科组 第一节 自然资源的开发利用 第1课时 金属矿物的开发利用 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 2 金属元素的存在形式 金属的冶炼 3 金属矿物的开发和利用 新课导入 人们在生活和生产中使用的金属材料多为合金，它是由金属单质加工获得的。 那么人们是如何获得金属单质？ 多功能军工刀 高压钠灯 铜导线 铁锅 不锈钢锅 钛合金羽毛球拍 镍合金门锁 铂合金首饰 钠钾合金 任务一 金属元素在自然界的存在形式 白云石CaMg[CO3]2 菱镁矿MgCO3 黄铜矿CuFeS2 铝土矿Al2O3 赤铁矿Fe2O3 黄铁矿FeS2 辉铜矿Cu2S 天然金 金属矿物是如何开发利用的呢？ 存在形式 游离态(金、铂、银等) 化合态(绝大多数金属) 任务二 金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。 +ne- 得电子，被还原 Mn+ M 由化合态（化合物） 制备游离态（单质） 除去杂质 提高金属的比例 制备高纯度的金属 一、金属冶炼的本质 富集 冶炼 精炼 任务二 金属的冶炼 金属的使用时间 Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 约200年前 约3000年前铁器时代 约5000年前青铜时代 约10000年前 金属冶炼方法的选择取决于：金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。 金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。 金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。 任务二 金属的冶炼 富集法：适用于极不活泼的金属的冶炼如 Pt Au 1、物理方法 二、金属冶炼的方法 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 富集法 《浪淘沙》-刘禹锡 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。 淘金原理：金的密度比沙大 直接开采 任务二 金属的冶炼 ① 热分解法：适用于不活泼的金属冶炼如 Hg Ag 2、化学方法 二、金属冶炼的方法 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 热分解法 富集法 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 2HgO == 2Hg+O2↑ 2Ag2O == 4Ag+O2↑ 任务二 金属的冶炼 2、化学方法 二、金属冶炼的方法 ② 热还原法：适用于中等活泼的金属冶炼 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 热分解法 富集法 热还原法 常用的还原剂一般选用 C、CO、H2及较活泼金属如Al等 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 铝热反应： Fe2O3+2Al === Al2O3+2Fe 高温 任务二 金属的冶炼 铝热反应 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 高温 ①镁条剧烈燃烧； ②铝热剂发生剧烈的反应； ③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光； ④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。 铝和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。 探究课堂 1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？ 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。 2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？ 镁条是引燃剂，氯酸钾为助燃剂，点燃镁条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。 3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？ 一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。 沙 任务二 金属的冶炼 ① 冶炼高熔点金属，如铬、锰、钨、钒等 ② 野外金属焊接，如焊接钢轨 3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3 高温 Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 高温 金属冶炼 焊接钢轨 铝热反应在工业上有哪些重要应用？ 任务二 金属的冶炼 2、化学方法 二、金属冶炼的方法 ③ 电解法：适用于非常活泼的金属冶炼 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 热分解法 富集法 热还原法 电解法 Na： Mg: Al: 2NaCl (熔融) 2Na ＋ Cl2 ↑ 电解 MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋3O2 ↑ 电解 冰晶石 能否用MgO？ 1、能否用AlCl3？ 2、冰晶石的作用？ 任务二 金属的冶炼 3、其他金属的冶炼方法 湿法炼铜 信州铅山县有苦泉，流以为涧。其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之异化为铜。 ——沈括《梦溪笔谈》 西汉《淮南万毕术》有“曾青得铁，则化为铜”的记载。 Fe+CuSO4 = FeSO4 + Cu 二、金属冶炼的方法 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。 ——明·陆容《菽园杂记》 火法炼铜 Cu2S+O2 = 2Cu + SO2 探究课堂 计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质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8-1和图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 图8-2 与生产1 kg铝相关联的消耗 图8-1铝的成产原理示意图 任务三 金属矿物的开发和利用 (1)_________________________； (2)开发环保高效的金属冶炼方法； (3)________________________； (4)_______________________________； (5)使用其他材料代替金属材料。 提高金属矿物的利用率 防止金属的腐蚀 加强废旧金属的回收和再利用 （1）资源有限且分布不均 （2）金属的冶炼消耗许多能量 （3）金属冶炼造成环境污染 （4）金属腐蚀造成大量损失 1.原因： 2.措施： 为什么要合理开发和利用金属矿物资源？如何有效利用金属矿物? 学习评价 1．下列说法不正确的是（ ） A．自然界中存在游离态的金属单质 B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同 C．地球上金属矿物资源是取之不尽的，因此，应加大开采金属矿物的 速度，以满足经济发展的需要 D．废旧金属的回收利用，有利于环境保护 C 学习评价 2．下列关于金属冶炼的说法正确的是（ ） A．由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产Al B．可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁 C．炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热 D．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属 的活泼性决定 D 学习评价 3．铝热反应有广泛用途，实验装置如图1所示。下列说法错误的是（ ） A．铝热反应的能量变化可用图2表示 B．Fe2O3和铝粉的混合物被称为铝热剂 C．铝热反应只能用于冶炼铁、锰、 铬、镁等熔点较高的金属 D．铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为： 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 C 高温 课堂小结 金属矿物的开发利用 金属冶炼 本质 Mn＋＋ne－===M，即金属元素由化合态转变为游离态的过程 金属利用 提高矿物利用率； 开发环保高效冶炼方法；防止金属的腐蚀； 回收和再利用等 Lavf57.58.101 Lavf58.20.100 $$