8.1.1金属矿物开发和利用 课件 -2024～2025高一下学期人教版（2019）必修第二册

厚德博学 吃苦耐劳 责任成就人生 奋斗创造幸福 第八章　　化学与可持续发展 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 金属矿物 海水资源 化石燃料 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 矿产资源 生物资源 水资源 能源资源 环境资源 可再生资源 不可再生资源 自然资源 能否再生 植物、微生物、可降解塑料袋、水资源、地热资源 金属矿产和非金属矿产（煤、石油、天然气、土壤等 引入新课 引入新课 自然资源与可持续发展 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 用途广泛的金属材料 思考与交流： 如果你是一名金属冶炼工业的技术人员，要进行金属冶炼，你都会考虑哪些问题呢？ 1.生活中常用到哪些金属？2.它们在自然界常以什么形态存在？ 3.如何对其进行冶炼？ 赤铁矿(Fe2O3) 磁铁矿(Fe3O4) 黄铁矿(FeS2) 黄铜矿(CuFeS2) 铝土矿(Al2O3) 自然金 自然铂 陨铁 金 Au 银 Ag 铂 Pt 游离态：极少数金属，如金、铂等 1. 金属元素在自然界中的存在形态 01 赤铁矿Fe2O3 菱铁矿FeCO3 磁铁矿Fe3O4 黄铁矿FeS2 化合态：绝大多数金属元素。 1. 金属元素在自然界中的存在形态 问题：人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，如何从矿石中得到金属单质？ 01 纯铁 利用氧化还原反应 Mn＋＋ne－→M 赤铁矿(Fe2O3) 定义：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。 实质： 2. 金属的冶炼 金属活动性逐渐减弱 思考：金属活动性不同，还原方法一样吗？ 金属活动顺序表 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 作者编号：35003 金属活动性逐渐减弱 原因： 金属越活泼、就越难冶炼。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au Au、Ag、Cu、 Fe、 古代 现代 Al、 Ti 历史上金属被发现和冶炼利用的顺序 资料 作者编号：35003 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理方法 与金属的存在状态和活泼性有关 古法炼汞 电解制钠 古法炼铁 淘金 3.金属的冶炼方法 (1)物理方法——富集法 适用于极不活泼的金属（如：铂Pt、金 Au ） 马达加斯加街头淘金者 刚果手工金矿开采 思考：沙里淘金的分离原理？ 《浪淘沙》 -刘禹锡 日照澄洲江雾开， 涛金女伴满江隈。 美人首饰侯王印， 尽是沙中海底来。 淘金原理：金的密度比沙大， 淘去粗沙后得砂金。 3.金属的冶炼方法 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》 【讨论1】完成下列化学方程式并思考： （1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？ （2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？ （3）这些金属的氧化物的稳定性有什么特点？ 热分解法 适用于冶炼不太活泼的金属（Hg、Ag等） 氧化物的稳定性较差 HgO === △ Ag2O === △ 2 2Hg + O2 ↑ 2 4Ag + O2 ↑ 作者编号：35003 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au (2) 热分解法(不活泼的金属Hg、Ag ) 2HgO 2Hg + O2 ↑ 2Ag2O 4Ag + O2 ↑ HgS Hg + S 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS)烧之成水银” 3.金属的冶炼方法 (3) 热还原法(Zn—Cu中等活泼金属 ) 【回顾】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、 活泼金属 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 3.金属的冶炼方法 以铝粉和金属氧化物反应获得金属单质的反应。 铝热反应 （1）概念： （2）原理： 活泼金属置换不活泼金属。 Al2O3+2Fe Fe2O3+2Al 高温 镁条为引燃剂， 氯酸钾为助燃剂 铝热剂 现象： 镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。 细沙:一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。 作者编号：35003 Fe2O3+2Al 2Fe + A2O3 高温 3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O3 高温 3Co3O4+8Al 9Co + 4Al2O3 高温 3V2O5+10Al 6V+ 5Al2O3 高温 铝热剂 原理： 活泼金属置换较不活泼金属 写出Al和MnO2、Cr2O3、Co3O4、V2O5发生铝热反应的方程式。 铝热剂： 铝和金属氧化物组成的混合物。 审题点1：审实验仪器及药品是否缺失 （关注镁带和氯酸钾在实验图中是否给出） 实验图像类选择题审题点 审题点2：审铝热剂是否是 “铝置换出活泼性比铝弱的单质” 审题点3： 审漏斗是否是用滤纸等材料制作 的漏斗状的容器 1解析：没有提供氯酸钾（氯酸钾受热分解可生成氧气，促进镁条燃烧从而产生高温引发铝热反应）。 3解析：铝热反应放出大量的热，该装置所用的漏斗是用滤纸等材料制作的漏斗状的容器，不能使用玻璃仪器，易炸裂。 （3）铝热反应应用： ①铝热反应可用于焊接铁轨。 （尽管铝热反应的条件是高温，但是铝热反应是一个大量放热的反应。） ②冶炼高熔点、且活泼性比铝差的金属 （如钨、钒、铬、锰等）； ③定向爆破； 作者编号：35003 作者编号：35003 (3) 电解法(K Ca Na Mg Al很活泼的金属 ) 2NaCl (熔融) 2Na + Cl2 ↑ 电解 MgCl2 (熔融) Mg + Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 温馨提示：冰晶石（Na3AlF6）降低熔化Al2O3所需温度，降低能耗。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 3.金属的冶炼方法 工业冶炼铝时，向氧化铝中添加冰晶石作助熔剂 【思考2】结合下列表格物质的熔沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？ 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/℃ 2852 2054 714 190（以分子形式存在） 沸点/℃ 3600 2980 1412 180 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。 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。   (4) 其他方法： 湿法炼铜 火法炼铜 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》 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》 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2↑+2FeO 高温 (高温冶炼黄铜矿) 3.金属的冶炼方法 1.金属钠的冶炼用电解熔融的NaCl，则金属铝的冶炼也用电解熔融的AlCl3(　　) 2.电解饱和食盐水制取钠(　　) 3.热还原法制取汞、银(　　) 4.铝热反应可用于冶炼高熔点金属，如K、Ca、Cr、Mn等(　　) 5.工业电解熔融态的Al2O3制Al时，加冰晶石的主要作用是提高Al的产量(　　) 6.将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁，可以得到金属镁(　　) × × × × × √ 易错辨析 目标二　合理开发和利用金属矿物资源 矿石冶炼过程中的“三废”问题 估计一些矿物可开采的年限 二、合理开发和利用金属矿物资源 启示1：从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量，因而在实际生产过程中要考虑成本。 启示2：加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。在日常生活中要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用。 启示3：实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展的意识。 二、合理开发和利用金属矿物资源 1.原因 (1)金属矿物资源有限且分布不均匀。 (2)冶炼金属的过程中会消耗大量能量且易造成环境污染。 (3)金属腐蚀现象严重会造成大量损失。 2.金属矿物资源的开发和利用措施 (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。 二、合理开发和利用金属矿物资源 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO 过滤 过量盐酸 SiO2 AlCl3 FeCl3 MgCl2 NaOH 溶液 过滤 Fe(OH)3Mg(OH)2 Na(AlOH)4 NaCl NaOH CO2 过滤 Al(OH)3 NaHCO3 NaCl 加热 Al2O3 电解 Al 思考2 铝元素在地壳中主要以铝土矿（主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质）的形式存在，那么如何从铝土矿中提取铝呢？ 1. 酸溶法工业流程 写出与Al有关的离子方程式。 ①__________________________； ②__________________________； ③_________________________________________。 Al2O3＋6H＋==2Al3＋＋3H2O Al3＋＋4OH－==[Al(OH)4]- [Al(OH)4]-＋CO2==Al(OH)3↓＋HCO3- 典例 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO NaOH 溶液 Fe2O3 MgO Na(AlOH)4 Na2SiO3 NaOH 盐酸 H2SiO3 NaCl AlCl3 氨水 Al(OH)3 过滤 过滤 过滤 NH4Cl NaCl 加热 Al2O3 Al 电解 2. 碱溶法工业流程 写出与Al有关的离子方程式。 ④___________________________； ⑤___________________________； ⑥_________________________________。 Al2O3＋3H2O+2OH－==2[Al(OH)4]- [Al(OH)4]-＋4H＋== Al3＋＋4H2O Al3＋＋3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+ 课后习题 P105 厚德博学 吃苦耐劳 责任成就人生 奋斗创造幸福 课后习题 P125 厚德博学 吃苦耐劳 责任成就人生 奋斗创造幸福 课后习题 P125 厚德博学 吃苦耐劳 责任成就人生 奋斗创造幸福 P125 课后习题 厚德博学 吃苦耐劳 责任成就人生 奋斗创造幸福 解码千年丹砂（朱砂）的多用途 朱砂：硫化汞（HgS）,又叫做辰砂。 呈鲜红色或暗红色。 在古代，朱砂常常被用于绘画、印章、 颜料、甲骨文涂色、壁画（如敦煌莫高窟） 在古代的婚礼中，新娘通常会在额头或 眉心点上朱砂，以表示祝福和吉祥。 古代皇帝常用朱砂批奏章做印章。 中医常用的一味中药 铝热反应 铝热剂 引发操作 反应特点 反应应用 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 铝粉 + 金属氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 Fe2O3) 在铝热剂上放KClO3，插入镁条并将镁条点燃 高温引发后即可发生，不用持续加热，放出大量的热 3000°C 焊接钢轨；冶炼高熔点、且活泼性比铝差的金属 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 高温 4Al+ 3MnO2 2Al2O3＋3Mn 高温 37 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.58.101 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.4 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Cu2S＋O2eq \o(=====,\s\up17(高温))2Cu＋SO2 $$