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 8.1.1 金属矿物的开发利用 学习目标 1. 了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理，构建金属冶炼的思维模型。 2．以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质的性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。 在古希腊神话中，古希腊诗人将人类历史经历的时代先后，冠名为黄金时代、白银时代、青铜时代和黑铁时代。 马克思认为:历史科学至今，按照制造工具和武器的材料，把史前时期划分为石器时代、青铜时代、铁器时代…… 金属材料的使用在人类文明史中占有重要的地位。 课堂导入 石器时代 青铜器时代 铁器时代 镁铝合金 1万年前 (公元前4000年) (公元前2500年) 距今100多年前 思考：为什么地壳中铝的含量比铁和铜高，但铝使用的时间却远远晚于铜和铁？ 一、金属元素在自然界中的存在形态 自然金 自然铂 陨铁 1.游离态金属矿(Pt、Au等) 一、金属元素在自然界中的存在形态 2.化合态金属矿 磁铁矿Fe3O4 黄铜矿CuFeS2 铝土矿 Al2O3·3H2O 问题一 大多数金属为什么以化合态形式存在？ 如何将化合态金属转化为游离态？ Mn+ 得电子 M M 失电子 Mn+ 问题二 黄铁矿 FeS2 阅读课本，回答问题 1.金属冶炼指什么？找出定义、本质，一般步骤 2.金属冶炼的方法有哪些？ 3.为什么不同金属的冶炼方法不同？ 4.金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？ 二、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来，用于生产和制造各种金属材料的过程。 2.金属冶炼实质： 1.金属冶炼原理： 3. 金属冶炼的一般步骤 (1)矿石 富集 (2)金属 冶炼 (3)金属 精炼 M（游离态） 得电子，被还原 +ne- M n+ （化合态） 用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。 二、金属的冶炼方法 Pt Au K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag 电解法 热还原法 热分解法 物理方法 不活泼的金属 非常活泼的金属 中等活泼的金属 不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。 依据金属活动性顺序，不同金属的冶炼方法： 1.物理方法（富集法） 适用于极不活泼的金属，如Pt、Au 淘金原理：金的密度比沙大 淘去粗沙后获得砂金 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》 二、金属的冶炼方法 2.热分解法 对于一些不活泼金属，可直接用加热分解法。如Hg、Ag 如古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂烧之成水银” HgS ===2Hg + S 2HgO === 2Hg + O2 ↑ 常见的还有： 2Ag2O === 4Ag + O2 ↑ 二、金属的冶炼方法 3.热还原法 对于大部分金属（中等活泼）利用高温条件下的氧化还原反应，如Zn Fe Sn Pb (H) Cu 常见的还原剂：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属(如铝热反应) Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 高温 CuO+H2 === Cu + H2O 高温 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》 CuSO4 + Fe == Cu + FeSO4 火法炼铜 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》 2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S Cu2O+FeS→Cu2S+FeO Cu2S+O2 == 2Cu+SO2 二、金属的冶炼方法 3.1铝热反应 以铝粉和金属氧化物反应获得金属单质的反应。 二、金属的冶炼方法 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，冶炼钒、铬、锰等高熔点金属。 Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3 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 原理：活泼金属置换不活泼金属 铝热反应：铝粉和金属氧化物发生置换反应 4.电解法 适用于一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。如K Ca Na Mg Al K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 冰晶石Na3AlF6的作用：降低Al2O3的熔化温度 二、金属的冶炼方法 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 参考表格数据回答问题： 【思考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? MgO的熔点远高于MgCl2，电解熔融的MgO需要更多的能量,更高的温度,成本更高。 【思考2】制铝时，电解熔融Al2O3而不电解熔融AlCl3？ ①氯化铝是共价化合物，熔融态氯化铝不导电; ②从表中可以发现,AlCl3的熔点很低,且沸点比熔点低,易升华; 【思考3】能否电解饱和的氯化钠溶液来制取钠？ 不能 2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解 思考交流 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 活泼 电解法 (氧化物、氯化物) 中等活泼 热还原法 (C、CO、H2、Al等) 不活泼 热分解法 (氧化物) 物理方法 思考：为什么地壳中铝的含量比铁和铜高，但铝使用的时间却远远晚于铜和铁？ 金属越活泼，越难冶炼 归纳总结 P 99页 --- 思考与讨论 计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8×106 J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿相比，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，并结合图8-1和图8-2，你想到了什么？ 三、合理开发和利用金属资源 （1）提高金属矿物的利用率 （2）防止金属的腐蚀 （3）加强金属资源的回收和再利用 （5）使用其他材料代替金属材料 （4）开发环保高效的金属冶炼方法 合理开发和利用金属资源的有效途径： 三、合理开发和利用金属资源 化学是人类利用自然资源和应对环境问题的重要科学依据。 可持续 发展 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 课堂小结 课堂小练 判断正误 (1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在(　　) (2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　　) (3)在地壳中含量越多的金属元素，人类利用的越早(　　) (4)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　) (5)铝热反应的本质是用铝将活泼性比铝弱的金属从其化合物中置换出来(　　) × √ √ × × 课堂小练 1.下列说法正确的是 A.金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越多 B.冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂 C.金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化 D.金属的冶炼就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物 中还原出来 √ 课堂小练 2.(2022·德州高一检测)氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列有关金属冶炼的说法错误的是 A.越活泼的金属元素，人类利用的越晚 B.热分解法、热还原法、电解法冶炼金属中，金属元素都由化合态转变为游 离态 C.铝热反应中铝作为还原剂将铁从其氧化物中置换出来 D.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 √ Mg较活泼，用电解法 课堂小练 3.下列反应原理中 ，不符合工业冶炼金属实际情况的是 工业上冶炼镁可采用电解法，其原料应选用MgCl2而不是MgO，因为MgO的熔点比MgCl2的高，会消耗大量电能，成本较高。 课堂小练 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO 过滤 过量盐酸 SiO2 AlCl3 FeCl3 MgCl2 NaOH 溶液 过滤 Fe(OH)3Mg(OH)2 NaAlO2 NaCl NaOH CO2 过滤 Al(OH)3 NaHCO3 NaCl 加热 Al2O3 电解 Al 铝土矿（Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质）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＋2H2O Al＋CO2＋2H2O==Al(OH)3↓＋HC 课堂小练 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO NaOH 溶液 Fe2O3 MgO NaAlO2 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. 碱熔法工业流程 写出与Al有关的离子方程式。 ④___________________________； ⑤___________________________； ⑥_________________________________。 Al2O3＋2OH－==2Al ＋H2O Al＋4H＋== Al3＋＋2H2O Al3＋＋3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3 课堂小练 工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下： (1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作为_____，所用到的玻璃仪器是______ _____________________。 (2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有______，固体N是______。 过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒 泥沙、Fe2O3 NaAlO2 Al＋CO2＋2H2O==Al(OH)3↓＋HC Al2O3 Fe2O3 Al2O3 课堂小练 工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下： 泥沙、Fe2O3 NaAlO2 Al＋CO2＋2H2O==Al(OH)3↓＋HC Al2O3 (3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为_______，它属于____(填“酸”“碱” 或“盐”)类物质。 (4)实验室里通常向AlCl3溶液中加入______(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。 NaAlO2 盐 氨水 AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 A.2Ag2Oeq \o(====,\s\up17(△))4Ag＋O2↑ B.2Al2O3(熔融)eq \o(=======,\s\up17(电解),\s\do17(冰晶石))4Al＋3O2↑ C.2MgOeq \o(=====,\s\up17(电解))2Mg＋O2↑ D.4CO＋Fe3O4eq \o(=====,\s\up17(高温))3Fe＋4CO2 $$