8.1.1 金属矿物的开发利用 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

年 级：高一 学 科：化学（人教版） 主讲人：lrp 学 校：四川省华蓥中学 8.1.1 金属矿物的开发利用 第八章 化学与可持续发展 1 【学习目标】 1.通过联系旧知、归纳总结，认识金属冶炼的原理和冶炼方法，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.通过讨论交流、数据分析，以铝的冶炼为例，了解金属冶炼成本的计算方法，认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。 3.通过资料收集、阅读思考，能从化学的角度分析从自然资源到产品的转化途径，认识化学方法在实现物质转中的作用和贡献，感受化学科学在生产、生活中的应用价值。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2 宏观辨识与微观探析： 通过宏观上认识自然资源—金属矿物的开发利用，能从化学微观角度分析、探究金属冶炼的原理和一般方法，提升“宏观辨识与微观探析”的能力。 证据推理与模型认知： 能基于金属的活泼性不同，利用氧化还原反应原理，推理分析不同金属冶炼的原理和一般方法，形成金属冶炼方法的认知模型。 科学探究与创新意识： 通过学习合理开发和利用金属矿物资源的途径和方法，能运用所学化学知识分析金属矿物开发利用对社会可持续发展的影响，并对这些影响从多个方面进行评估。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 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。它包括经济可持续发展、社会可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展等方面。 联系生活，了解自然资源的分类和可持续发展 资料卡片 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 自然资源是怎么划分的吗？ 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 科学、安全、有效和合理地开发自然资源和使用各种化学品,为建设美丽家园发挥化学科学的重要价值。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 1.自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础 2.自然资源的分类 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 3.自然资源能否再生 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 金属矿产和非金属矿产 （煤、石油、天然气、土壤等） 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 一、金属矿物的开发利用1、金属矿物与自然资源 自然资源是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。根据其能否再生可以分为 和 。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。 可再生资源 不可再生资源 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 （1）金属在自然界的存在①地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，极少数的不活泼金属(金、铂等)以 的形式存在。②除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以 的形式存在等。③在地壳中，含量最高的金属元素是 ，其次是 。人类最早使用的金属是铜（青铜器时代），其次是铁。铜的使用结束了漫长的“石器时代”，铁的使用推动了人类文明的进步。 游离态 化合物 铝 铁 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 【对应训练】1．中国高铁是一张国家名片，工业中常利用赤铁矿来炼铁，下列说法中正确的是( )A．地壳中含量最高的金属元素是铁元素 B．高炉炼铁得到的产品是纯铁C．炼铁过程中，氧化铁体现了还原性 D．高炉炼铁时加入石灰石可将杂质二氧化硅转化为炉渣 D 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2.化学在生产和日常生活中有重要的应用。下列说法不正确的是（ ）A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的B．合金的熔点一般比其成分金属的熔点高C．青铜是我国使用最早的合金材料，目前世界上使用量最大的合金材料是钢铁D．铝比铁活泼，但在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀 B 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 请你思考:人们在生活和生产中使用的金属材料多为合金，它是由金属单质加工获得的。 那么人们是如何获得金属单质？金属矿物又是如何开发和利用的呢？ 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 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 金属元素在自然界的存在 ⑴游离态： 少数不活波金属 铂矿 铜 银 陨铁 金矿 ⑵化合态： 绝大多数金属以矿物质形式存在 蓝铜矿 赤铁矿 赤铜矿 钨矿 铝矿 孔雀石 铅锌矿 菱镁矿 黄铜矿 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2、探究金属的冶炼（1）金属冶炼是将 出来用于生产和制造各种金属材料的过程。如火法炼铜和湿法炼铜。（2）金属冶炼的实质是根据氧化还原反应， . ，Mn＋＋ne－=M，即金属元素被还原的过程。 金属从其化合物中还原 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 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 （3）金属的冶炼方法与金属活泼性的关系①不同金属离子的氧化性不同,越不活泼的金属,其离子的得电子能力 ,即氧化能力 ，其金属冶炼越 ;而越活泼的金属，其离子得电子能力 ，冶炼也越难。如下表： ②在金属活动性顺序表中,金属的位置越靠后，越 被还原,用一般的还原方法就能使金属还原，人们开发利用的时间就较早，金属的位置越靠前,越 被还原,人们开发利用的时间就较晚。最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性逐渐减弱，金属简单阳离子的得电子能力逐渐增强 越强 越强 越容易 越弱 容易 难 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 （3）金属的的活泼性与金属的冶炼方法： 活动性顺序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 原子失电子能力 离子得电子能力 主要冶炼 方法 实例 强 → 弱 弱 → 强 电解法 热还原法: （H2、CO、C、Al等） 热分解法 富集法 物理法 淘金 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 （4）工业上冶炼镁是电解 而不是 的原因是 ，冶炼铝是电解 而不是 的原因是 。（5）金属冶炼的三个步骤及目的：矿石富集（除杂、提高矿石中有效成分含量）→金属冶炼（适当还原剂将金属化合物还原成金属单质）→金属精炼（加如试剂除杂或电解精炼，得纯金属）。 小结：用电解法冶炼较活泼金属时，电解的是 的金属化合物，而不是金属化合物的 。因为在其水溶液中，阴极放电的是H＋，而不是金属阳离子，故得不到金属单质。 MgCl2 MgO MgO的熔点比MgCl2的高 Al2O3 AlCl3 AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电 熔融 水溶液 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 【对应训练】1．《天工开物》中述及铜的开采与冶炼：凡铜砂……淘洗去土滓，然后入炉煎炼，其熏蒸旁溢者为自然铜……色似干银泥……凡铜质有数种：有与铅同体者，其煎炼炉法，傍通高低二孔，铅质先化，从上孔流出。下列有关说法错误的是 （ ）A．“淘洗去土滓”属于原料的富集 B．炼制所得自然铜为合金C．铜与铅混合物的分离过程利用了物质的熔点不同 D．可用热分解法冶炼铜 D 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）法，③活泼金属置换法，④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（KCl•MgCl2•6H2O）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（　 ） A．（Ⅰ）用① B．（Ⅱ）用②　 　 C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④ B 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 二、铝热反应与金属资源的利用1、探究铝热反应的原理及应用 实验操作 实验现象 ①镁条剧烈燃烧；②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。 实验原理 实验结论 实验注意 ①镁带的作用是燃烧放出的热量引燃铝热反应（引燃剂）。要打磨干净表面的氧化膜，否则难以点燃；② 作用对镁的燃烧起助燃作用（助燃剂）。③内层滤纸要用水润湿，以防止纸漏斗燃烧。④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。⑤氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的，铝粉要用没有被氧化的，氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀，以保证氧化铁与铝都完全反应。 氯酸钾 Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3 高温 在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 铝热反应及铝热剂 概念 在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 原理 Al作 ，另一种氧化物作 ，用 将氧化物中的 置换出来 铝热剂 (Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物 反应特点 ①在高温下进行；②反应迅速并放出 ；③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。 应用 冶炼 的相对较不活泼的金属，如Fe、V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 铝和金属氧化物 还原剂 氧化剂 铝 金属 铝粉和某些金属氧化物 大量的热 难熔 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 铝热反应 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 铝热剂 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 【对应训练】1．野外焊接钢轨常用如图所示装置，镁条引燃混合物后，反应非常剧烈，火星四射，有熔融铁珠落入沙子中。下列叙述错误的是（ ）A．该反应属于置换反应B．有“熔融铁珠”生成说明该反应为放热反应C．该反应的化学能全部转化为热能D．该反应中断键吸收的能量小于成键释放的能量 C 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2.下列有关金属冶炼的说法错误的是（ ）①金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来 ②可以采用加热分解氧化银的方法制取单质银③可以采用电解熔融氯化铝的方法制取单质铝④铝热反应的原理是利用铝作还原剂，置换出相对不活泼的金属A．①② B．①③ C．②④ D．③④ B 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2、合理利用金属资源（1）原因：地球上金属矿物资源有限，且分布不均；金属冶炼消耗很多能量；金属冶炼造成环境污染。而金属腐蚀现象普遍存在，也造成了大量损失。（2）措施：提高金属矿物的利用率；使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；加强金属资源的回收和再利用；开发环保高效的金属冶炼方法；防止金属的腐蚀等。（3）在利用金属资源的过程中要注意的问题①从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，一是可以节约大量的铝土矿资源，使铝土矿资源得到有效的利用；二是可节约大量能源，缓解能源紧张问题；三是可减少铝工业的污染物排放，使环境得到保护等。因而在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 ②废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善环境和保护人类生存条件等任务，是一项功在当代、利在千秋的社会性公益事业。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。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。③实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，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和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 【对应练习】1．铝曾是比黄金还要贵重的金属。1885年建成的华盛顿纪念碑，其顶端就是一块当时很昂贵的金属铝。下列关于当时铝的价格高昂的原因分析中，错误的是( )A．活泼的金属冶炼难度高 B．氧化铝熔点很高，电解需要耗费的热量极其多C．当时化学家还未尝试采用焦炭冶炼铝的方法 D．还未找到良好的助熔剂 C 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2．下列关于金属的冶炼方法说法不正确的是（ ）A．废旧金属的回收利用有利于减轻污染 B．银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼C．金子比沙子密度大，利用水洗法直接获得 D．金属镁活泼，电解氯化镁溶液可以获取 D 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 【例1】利用铝土矿制取氧化铝 a．酸溶法的工艺流程： 上述过程中①、②反应的离子方程式分别为 ① ； ② ； 反应③的化学方程式： 。 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 【例1】利用铝土矿制取氧化铝 b．碱溶法的工艺流程： 上述过程中①、②反应的离子方程式分别为 ① ； ② 。 [Al(OH)4]-＋CO2 == Al(OH)3↓＋HCO3- Al2O3＋2OH－ ＋3H2O == 2[Al(OH)4]- 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 1、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)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　　) (4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(　　) (5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来( ) (6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　) (7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(　　) × √ × √ × × √ 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 2、工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是 （ ） A.金属在自然界的存在形式 B.金属元素在地壳中的含量 C.金属熔点高低 D.金属阳离子得电子的能力 D 3、下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是 ( ) A.WO3 B.MnO2 C.MgO D.V2O5 C 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 4、冶炼金属常用以下几种方法： ①以C或H2、CO作为还原剂还原法 ；②热分解法 ；③电解法 ；④铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。 ③ ③ ① ② ④ 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 高中化学必修二 高中化学高一下册 四川省华蓥中学lrp 第八章 化学与可持续发展 Lavf58.12.100 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4) 2Al(OH)3eq \o(=====,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O $