8.1自然资源的开发利用 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版必修第二册

8.1 自然资源的开发利用 化学必修2 祁阳市第四中学 唐四九 1 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。 “炉火照天地，红星乱紫烟” 诗句描述了铜官山脚下，冶铜工人在熊熊的炉火，火舌窜动中，炼铜的场景,那么，如何从金属矿石中得到我们想要的金属呢？ 目录 金属的冶炼原理与方法 01 铝热反应及其应用 02 金属矿物资源的开发与利用 03 4 金属的冶炼原理与方法 PART01 5 金属在自然界的存在形式 金属在自然界中主要以化合态存在，少数极不活泼的金属如金、铂以游离态存在。这种存在形式决定了金属冶炼的基本任务是从矿物中还原出金属单质。 金属的存在形式 金属冶炼是利用氧化还原反应原理，使金属离子得到电子被还原成金属原子。，Mn+ + ne- == M，这一过程是金属冶炼的核心环节。 冶炼的意义 金属离子还原为金属单质的过程基于氧化还原反应。通过化学反应，金属从化合物中被提取出来，形成纯净的金属单质，为后续应用提供基础。 冶炼的化学基础 6 金属冶炼的化学方法 1 2 3 4 热分解法适用于不活泼金属，如HgO和Ag2O。通过加热分解，金属氧化物还原为金属单质，反应简单且高效，适用于特定金属的冶炼。 热分解法 电解法用于冶炼活泼金属，如钠、镁和铝。通过电解熔融的金属化合物，金属离子在阴极还原为金属单质，这种方法效率高且适用于大规模生产。 电解法 热还原法是常见的冶炼方法，如高炉炼铁和铝热法炼铁。利用还原剂在高温下还原金属氧化物，适用于多种金属的冶炼，具有广泛的工业应用。 热还原法 金属冶炼方法的选择依据金属的活动性。活泼金属采用电解法，不活泼金属采用热分解法，中间活性金属采用热还原法，确保冶炼过程高效且经济。 方法选择依据 7 ①热分解法：加热分解HgO：2HgO 2Hg＋O2↑ ②热还原法： 高炉炼铁：Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 铝热反应：2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 金属冶炼的化学方法 ③电解法：冶炼钠：___________________________ 冶炼镁：_____________________________ 冶炼铝：_____________________________ ④其他方式：湿法炼铜：_________________________ Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 注意：冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度 金属冶炼的化学方法 金属提炼的物理方法 富集法是物理方法的一种，适用于极不活泼的金属如Pt、Au。通过物理手段将金属从矿石中分离出来，操作简单且成本较低，适合高纯度金属的提炼。 富集法的原理 物理方法的优势在于无需化学反应，适合高纯度金属的提炼。但其局限性在于适用范围较窄，仅适用于少数极不活泼的金属，且对矿石品质要求较高。 物理方法的优势与局限 直接开采 10 铝热反应及其应用 PART02 YOUR LOGO 11 铝热反应的概念与特点 01 铝热反应是铝与难熔金属氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等）在高温下发生的置换反应。铝将氧化物中的金属还原为单质，反应迅速且放出大量热量。 铝热反应概念 02 铝热反应具有高温、快速、放热等特点。新生成的金属呈液态，易与Al2O3分离，适用于冶炼难熔金属，具有重要的工业应用价值。 反应特点 03 以铝热法炼铁为例，反应方程式为2Al + Fe2O3 === Al2O3 + 2Fe。该反应展示了铝的强还原性，是铝热反应的核心机制。 化学方程式 12 铝热反应——用金属铝做还原剂冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属（Fe、V、Cr、Mn等） 引燃剂 助燃剂 铝热剂 2Al + Fe2O3 === 2Fe＋Al2O3 高温 反应现象： 镁条剧烈燃烧； 发出耀眼白光； 放出大量的热； 纸漏斗被烧穿； 有熔融的铁落入沙中 铝热反应的概念与特点 高温是反应的引发条件，反应本身放出大量的热，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。 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。 沙的作用：一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。 其它： WO3+2Al 2W + 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 铝热剂 铝热反应的应用：焊接钢轨；冶炼高熔点，且活动性比铝差的金属 铝热反应的应用 还可做铝热弹 金属矿物资源的开发与利用 PART03 15 金属矿物资源的开发措施 金属矿物资源的开发措施包括提高利用率、开发环保冶炼方法、防止金属腐蚀、加强废旧金属回收和使用替代材料等。这些措施有助于实现资源的可持续利用，减少环境污染，推动金属工业的绿色发展。 开发措施 16 合理开发和利用金属矿物资源 (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)加强废旧金属的回收和再利用。 (5)使用其他材料代替金属材料。 金属矿物资源的开发措施 [思考]铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3 、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？ [Al(OH)4]− + 4H+ === Al3++4H2O Al3+＋3NH3·H2O === Al(OH)3↓+3N Al2O3 + 2OH− + 3H2O === 2[Al(OH)4]− SiO2 + 2OH− === Si + H2O 法一：碱溶法 金属矿物资源的开发措施 Al2O3 Fe2O3 SiO2 SiO2 AlCl3 FeCl3 HCl Fe(OH)3 Na[Al(OH)4] NaCl NaOH CO2 Al(OH)3 NaHCO3 NaCl 盐酸 过滤 NaOH 溶液 过滤 过滤 Al2O3 Al 电解 加热 ① ② ③ ④ ⑤ [Al(OH)4]− + CO2 === Al(OH)3↓ + HC Al3++4OH− === [Al(OH)4]− Al2O3＋6H+ === 2Al3+＋3H2O 2Al2O3 (熔融) ====== 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 法二：酸溶法 金属矿物资源的开发措施 （1）下列化工生产原理错误的是(　　) ①可以通过电解熔融的氯化钠来制取金属钠 ②可以将钠加入饱和氯化镁溶液中制取镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④高炉炼铁时所发生的反应都是放热反应，故无须加热 A．②③　　　 B．①③ C．①②　　　 D．②③④ √ 课堂检测 （2）下列冶炼方法中，不能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HgO C．电解熔融NaCl D．铝粉和Fe2O3共热 √ 课堂检测 （3）矿产资源、生物资源等是人类社会发展不可或缺的自然资源。一种以铝土矿（主要成分是Al2O3，含有SiO2、Fe2O3、MgO等杂质）为原料生产铝的工艺流程如下： 回答下列问题： （1）“步骤Ⅱ”的操作名称为 ； （2）固体D的成分 （填化学式）； （3）“步骤V”中冶炼Al的方法是 ； 课堂检测 过滤 Mg(OH)2 Fe(OH)3 电解法 矿石 纯净物 单质 化合物 单质 物理提纯 化学反应 提纯 金属的冶炼 不同的方法 课堂总结 THANKS! 24 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ Lavf57.4.100 $$