8.1.1 金属矿物的开发利用 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 自然资源的开发利用 第1课时 金属矿物的开 发利用 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、环境资源等，根据其能否再生可以分为可再生资源和不可再生资源。 可持续发展的目标是在满足人类需要的同时，强调人类的行为要受到自然界的制约，强调人类代际之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。 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 【知识背景】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 赤铜矿 黄铁矿 孔雀石 金矿石 金属在自然界的存在形态 （1）极少数不活泼金属元素(如金、铂等)以游离态的形式存在。 （2）绝大多数金属元素以化合态的形式存在。在化合物中金属元素显正价。 【金属矿物的开发利用】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 金属冶炼原理 金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程。 Mn+ + ne- = M 【金属矿物的开发利用】 思考： 1. 在我国使用最早的金属是？ 2. Al是地壳中含量最高的金属元素，是如何冶炼的？ 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 Sn Fe Zn Al Mg Pb Cu Hg Ag Pt Au Ca Na K 物理 方法 ①富集法：适用于极不活泼的金属的冶炼如 Pt Au 淘金原理：金的密度比沙大 《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。 【金属活动性顺序与金属冶炼的方法选择】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 Sn Fe Zn Al Mg Pb Cu Hg Ag Pt Au Ca Na K 热分 解法 物理 方法 ②热分解法：适用于不活泼的金属冶炼如 Hg Ag 2HgO == 2Hg+O2↑ 2Ag2O == 4Ag+O2↑ 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 化学方法 【金属活动性顺序与金属冶炼的方法选择】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 Sn Fe Zn Al Mg Pb Cu Hg Ag Pt Au Ca Na K 热还原法 热分 解法 物理 方法 ③ 热还原法：适用于中等活泼的金属冶炼 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 【金属活动性顺序与金属冶炼的方法选择】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 法国皇帝拿破仑三世是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗是铝制品。为什么贵为法国皇帝，却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢?原来，在差不多200年前的拿破仑时代，冶炼和使用金银已经有很长的历史，宫廷中的银器比比皆是。可是，在那个时候，人们才刚刚懂得可以从铝矾土中炼出铝来，冶炼铝的技术还非常落后，炼铝十分困难。所以，当时铝是非常稀罕的东西，不要说平民百姓用不起，就是大臣贵族也用不上。拿破仑让客人们用银餐具，偏偏自己用铝碗，就是为了显示自己的高贵和尊严。 【科学史话】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 Sn Fe Zn Al Mg Pb Cu Hg Ag Pt Au Ca Na K 电解法 热还原法 热分 解法 物理 方法 ④ 电解法：适用于非常活泼的金属冶炼 MgCl2 (熔融) ====Mg + Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) ==== 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 2NaCl (熔融) ==== 2Na + Cl2 ↑ 电解 炼得的金属纯度高，耗电量大，生产成本高。熔融物属于离子化合物。 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 由以上信息思考： 1. 能否用MgO？ 2. 能否用AlCl3？ 3. 冰晶石的作用？ 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 【铜的冶炼方法】 西汉《淮南万毕术》有“曾青得铁，则化为铜”的记载。 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 湿法炼铜 ① 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 【铝热反应】 Fe2O3+ 2Al === 2Fe + Al2O3 高温 发强光—放大热—出铁水。 一些活泼的金属也可以作为还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。 常用来冶炼高熔点金属（如：Fe、Cr、Mn、W、V）等。 现象： ①冶炼高熔点的金属 ②焊接钢轨 铝热反应的应用 Al和Fe2O3：铝热剂 氯酸钾：助燃剂，提供高温 镁条：助燃剂 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 计算表明，生产1 mol 铝消耗电能至少为1.8 ×106 J；回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，能耗仅为前者的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。 金属铝的回收与利用 【合理利用金属资源】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 某地探明有大量铝土矿（主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3等杂质），完成金属铝得冶炼： Al2O3(Fe2O3) NaOH溶液 过滤 NaAlO2 CO2 过滤 Al(OH)3 加热 Al2O3 电解 Al 铝土矿 氧化铝 电解铝 净化 精炼 铝锭 提纯 电解 【铝土矿冶炼工艺探究】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 【应用体验】 判断正误 (1)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应 (2)越活泼的金属元素，人类利用的越晚 (3)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从其化合物中还原出来 (4)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠 (5)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al √ √ × × × 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述:反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒”;“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”。有关物质的熔、沸点数据如表。 物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3 熔点/℃ 660 2054 1535 1565 沸点/℃ 2327 2980 2750 —— (1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁的低,此时液态的铁和铝熔合成铁铝合金,你认为他的解释 (填“合理”或“不合理”)。 合理 【课堂练习】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 (2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是 ，反应的离子方程式为 。 NaOH溶液 2Al + 2OH－ + 6H2O = 2Al[OH]4－ + 3H2↑ (3)实验室溶解该熔融物下列试剂中最好的是 (填字母) A. 浓硫酸 B. 稀硫酸 C. 稀硝酸 D. 氢氧化钠溶液 B 【课堂练习】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 【课堂小结】 立志 勤奋 诚实 尚美 立志 勤奋 诚实 尚美 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 b.―→ $$