8.1.1 金属矿物的开发和利用 课件 2024-2025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 自然资源的开发和利用 第1课时 金属矿物的开发利用 教学目标 1、通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模型。 2、认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。 教学重难点 重点：金属冶炼原理。 难点：金属活泼性与金属冶炼方法的关系。 1.什么是自然资源？可持续发展的目标指什么？ 2.金属元素在自然界以化合态还是游离态存在？ 3.金属冶炼指什么？ 4.为什么不同金属的冶炼方法不同？ 5.金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？ 6、铝热反应？ 3min阅读课本P98—99，完成下列问题： 1.什么是自然资源？可持续发展的目标指什么？ 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 2.金属元素在自然界以化合态还是游离态存在？ 黄铜矿CuFe 黄铁矿FeS2 赤铁矿Fe2O3 铝土矿Al2O3 闪锌矿ZnS 孔雀石Cu2(OH)2CO3 铝土矿Al2O3 菱镁矿MgCO3 金 铂 陨铁 游离态 化合态 金属矿物是如何开发利用的呢？ 3.金属冶炼指什么？ 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。 化合物 M （被还原） Mn+ + ne- 单质 物质类别 元素价态 金属冶炼的实质是金属离子得到电子被还原为金属单质的过程 如何从金属矿物中提炼金属呢？试从氧化还原的角度分析。 青铜器时代 铁器时代 近现代 公元前6000年—Cu 公元前4500年—Au 公元前1000年—Ag 公元前500年—Fe 公元前500年—Zn 1792年—Mg 1807年—Na 1827年—Al 思考：分析推测人类发现和使用金属材料受哪些因素的影响？为什么？ Mn+ 氧化性越强 M 对应 还原性越弱 越活泼得金属越难冶炼 越不活泼得金属越容易冶炼 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性逐渐减弱 K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+(H) Cu2+ Hg2+ Ag+ Pt2+ Au+ 金属离子的氧化性逐渐减弱需要的还原方法越困难 4.为什么不同金属的冶炼方法不同？ 5.金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？ 不活泼的金属 K、Ca、Na、Mg、Al、 Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、 Hg、Ag、Pt、Au 非常活泼的金属 中等活泼的金属 金属越不活泼，金属阳离子的氧化性越 ，金属越 被还原出来 强 易 (强或弱) (难或易) 金属的冶炼方法 1、物理方法：富集法 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 《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。 直接开采 富集法 ① 热分解法 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↑ 金属的冶炼方法2、化学方法 金属的冶炼方法 2、化学方法 热还原法 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 铝热反应：Fe2O3+2Al =Al2O3+2Fe 高温 金属的冶炼方法——铝热反应 Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3 高温 反应原理 实验现象 1、镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光 2、漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射 3、纸漏斗的下部被烧穿，有红热熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体 【问题1】铝热反应需要高温条件，为什么装置中没有用于持续加热的设备？ 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。 【问题2】在实验中，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。 【问题3】在实验中，细沙的作用是什么？ 蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。 【问题4】铝热反应可用于冶炼哪些金属？能否用于制备Na、Mg等金属？ 铝热反应常用于冶炼铁、钒、铬、锰等高熔点金属。 不能制备Na、Mg等活动性强于Al的金属。 铝热反应的应用 a、用于焊接火车铁轨 b、冶炼难熔金属，如钒、铬、锰 【思考】请书写以MnO2、Cr2O3、V2O5为原料，利用铝热反应冶炼金属的化学方程式。 4Al＋3MnO2 === 3Mn＋2Al2O3 高温 2Al＋Cr2O3 === 2Cr＋Al2O3 高温 10Al＋3V2O5 === 6V＋5Al2O3 高温 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 ↑ 冰晶石 电解 能否用MgO？ 能否用AlCl3？ 金属的冶炼方法 2、化学方法 能否用NaCl水溶液 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 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 金属的冶炼方法 P99 【思考与讨论】 计算表明，生产1 mol 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对比，你想到了什么？请将你的想法和同学交流。 金属的回收和资源保护 ⑴节约矿物资源；⑵节约能源；⑶减少环境污染。 大多可以重新制成金属及其化合物再利用 (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? 【当堂检测】 1、下列冶炼方法中，可将化合物中的金属元素还原为金属单质 的是（ ） A、加热Al2O3 B、加热CaCO3 C、电解熔融NaCl D、氯化钠与铝粉高温共热 C 【当堂检测】 2、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 【当堂检测】 3、下列冶炼方法中，可将化合物中的金属元素还原为金属单质的是（ ） A、加热Al2O3 B、加热CaCO3 C、电解熔融NaCl D、氯化钠与铝粉高温共热 C 【当堂检测】 4、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 1、热分解法—金属活动性顺序表中氢以后的金属 2HgO==Hg+O2↑ 2Ag2O==4Ag+O2↑ Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2 高温 高温 CuO+H2===Cu+H2O 高温 Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3 3、电解法 电解 2NaCl====2Na+Cl2↑ 高温 2CuO+C===2Cu+CO2 ↑ 2、热还原法—大多数金属（活动性介于Zn-Cu的金属 常见还原剂：焦碳、CO、H2、活泼金属Al等 电解 2Al2O3（熔融）====4Al+3O2↑ 冰晶石 （钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属的冶炼） 总结：金属冶炼的一般方法: 【拓展】 从铝土矿制备铝的工艺流程： 铝土矿 氢氧化钠溶液 溶解、过滤 残渣 滤液 二氧化碳 酸化、过滤 残渣 滤液 Al2O3 灼烧 铝 冰晶石 熔融电解 Al(OH)3 Na[Al(OH)4] 2Al2O3(熔融） 4Al＋3O2↑ 电解 冰晶石 2Al(OH)3 ＝ Al2O3＋3H2O △ [Al(OH)4] ＋ CO2(过量) ＝ Al(OH)3↓＋HCO3 - - Al2O3＋2OH ＋ 3H2O＝2[Al(OH)4] - - 思考：已知铝土矿中含有SiO2、Fe2O3杂质，改进方案，制备铝。 方案一：碱溶法 方案二：酸溶法 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.20.100 Lavf59.14.100 $$