8.1 自然资源的开发利用（第1课时）【一课一优】课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

课时1 金属矿物的开发利用 第一节 自然资源的 开发利用 金属元素在自然界的存在形式 01 金属冶炼的本质 02 金属冶炼的方法 03 课标要求 1. 了解金属矿物资源现状，掌握金属冶炼的基本原理与常用方法。 2. 记住铝热反应的实验原理、现象及在金属冶炼中的实际应用。 3. 知晓金属资源回收利用的意义，树立合理开发矿物资源的意识。 【知识目标】 课标要求 【素养目标】 1. 宏观辨识与微观探析：从原子得失电子角度分析金属冶炼， 理解氧化还原反应本质。 2. 科学探究与创新意识：通过铝热反应实验，探究金属冶炼 的实验操作与反应规律。 3. 科学态度与社会责任：认识金属资源有限性，形成节约资 源、保护矿产的责任意识。 新课导入 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？ 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 PART 01 金属元素在自然界的存在形式 一、金属元素在自然界的存在形式 白云石CaMg[CO3]2 菱镁矿MgCO3 黄铜矿CuFeS2 铝土矿Al2O3 赤铁矿Fe2O3 黄铁矿FeS2 辉铜矿Cu2S 天然金 金属矿物是如何开发利用的呢？ 存在形式 游离态(金、铂、银等) 化合态(绝大多数金属) 一、金属元素在自然界的存在形式 人类使用金属材料的先后顺序 马踏飞燕 沧州铁狮子 铝制厨具 合金汽车 青铜时代 铁器时代 铝器时代 合金时代 PART 02 金属冶炼的本质 二、金属冶炼的本质 定义： 实质： 方法： 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。 电解法、热还原法、热分解法、富集法。 金属离子(Mn+)被还原的难易程度不同 或说，由于不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。 不活泼的金属 K、Ca、Na、Mg、Al、 Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、 Hg、Ag、Pt、Au 非常活泼的金属 中等活泼的金属 PART 03 金属冶炼的方法 三、金属冶炼的方法 1、富集法 适用于极不活泼的金属的冶炼如 Pt Au K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 富集法 《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。 淘金原理：金的密度比沙大 直接开采 三、金属冶炼的方法 2、热分解法 适用于不活泼的金属冶炼如 Hg Ag K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 热分解法 富集法 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 2HgO == 2Hg+O2↑ 2Ag2O == 4Ag+O2↑ 三、金属冶炼的方法 3、热还原法 适用于中等活泼的金属冶炼 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 热分解法 富集法 热还原法 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 三、金属冶炼的方法 3、热还原法——铝热反应 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 高温 ①镁条剧烈燃烧； ②铝热剂发生剧烈的反应； 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。 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。 三、金属冶炼的方法 3、热还原法——铝热反应 1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？ 铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。 2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？ 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。 3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？ 一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。 沙 【思考讨论】 ① 冶炼高熔点金属，如铬、锰、钨、钒等 ② 野外金属焊接，如焊接钢轨 3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3 高温 Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3 高温 金属冶炼 焊接钢轨 铝热反应在工业上有哪些重要应用？ 三、金属冶炼的方法 3、热还原法——铝热反应 适用于非常活泼的金属冶炼 K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 热分解法 富集法 热还原法 电解法 Na： Mg: Al: 2NaCl (熔融) 2Na ＋ Cl2 ↑ 电解 MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋3O2 ↑ 电解 冰晶石 三、金属冶炼的方法 4、电解法 三、金属冶炼的方法 5、其他金属的冶炼方法 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》 西汉《淮南万毕术》有“曾青得铁，则化为铜”的记载。 Fe+CuSO4 = FeSO4 + Cu 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 Cu2S+O2 = 2Cu + SO2 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？ 【方法一】. 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↓＋HC 6、应用——工业炼铝 1、能否用氨水代替NaOH 溶液? 不能，原因是Al3+与过量氨水反应生成Al(OH)3沉淀，达不到分离Al3+、Fe3+的目的。 2、若将CO₂的量改为“少量”，得到的产物还是NaHCO3吗? 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。 【思考讨论】 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？ 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 【方法二】碱熔法工业流程 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↓+3 6、应用——工业炼铝 1、能否将将盐酸改为CO2? 不合适，因为过量CO2与NaAlO2、Na2SiO3反应生成Al(OH)3和H2SiO3沉淀，达不到分离SiO2和Al2O3的目的。 2、将氨水改为“NaOH溶液”合适吗? 不合适，因为Al(OH)3能溶于NaOH。 3、冶炼金属铝能否用氯化铝代替氧化铝? AlCl3是共价化合物，其熔融状态不导电，不能电解制铝。 【思考讨论】 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 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(　　) × √ × √ × × √ 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 B 2.下列反应中,反应后固体物质增重的是( ) A.氢气通过灼热的CuO粉末 B.二氧化碳通过Na2O2粉末 C.铝与Fe2O3发生铝热反应 D.加热氧化银冶炼Ag 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 C 3.下列反应原理中,不符合工业冶炼金属实际情况的是 【课堂小结】 金属矿物的开发利用 金属冶炼 本质 Mn＋＋ne－===M，即金属元素由化合态转变为游离态的过程 金属利用 提高矿物利用率； 开发环保高效冶炼方法；防止金属的腐蚀； 回收和再利用等 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 D 1.西汉刘安所著的《淮南万毕术》中有“曾青得铁,则化为铜,外化而内不化”,该反应被认为是现代湿法冶金术之祖。下列说法正确的是( ) A.硫酸铜晶体的化学式为CuSO4·5H2O,是混合物 B.“内不化”是因为内部的铁活泼性比表面的铁活泼性差 C.上述反应的离子方程式为2Fe＋3Cu2＋ =2Fe3＋＋3Cu D.“化为铜”表明发生的是氧化还原反应 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 C 2.铝热反应有广泛的用途，实验装置如图1所示。下列说法错误的是(　　) 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 C 3．下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是(　　) A．金属冶炼的实质是金属阳离子被还原成单质 B．用碳粉或铝粉还原铁矿石可以获取金属Fe C．通过电解NaCl溶液的方法可以获取金属Na D．冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 4. Al与Fe3O4发生铝热反应的 化学方程式为___________________________________， 该反应中氧化剂是_______，还原剂是_____。 5.工业上冶炼铝的 化学方程式为______________________________________， 若电路中通过1 mol电子，可以得到Al________ g。 8Al＋3Fe3O4 9Fe＋4Al2O3 高温 Fe3O4 Al 9 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋3O2 ↑ 电解 冰晶石 3．下列各选项中物质的分子式都相同，其中属于同一类物质的是 A．和 B．CH3OCH3和CH3CH2OH C．正戊烷和新戊烷 D．和 【答案】C 随堂演练 B 6.冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气、一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。这4种方法在工业上均有应用。古代有：Ⅰ.火烧孔雀石炼铜；Ⅱ.湿法炼铜。现代有：Ⅲ.铝热法炼铬；Ⅳ.从光卤石(MgCl2·6H2O)中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是(　　) A.Ⅰ，① B．Ⅱ，② C.Ⅲ，③ D．Ⅳ，④ 谢谢观看与支持 Lavf57.4.100 A.铝热反应的能量变化可用图2表示 B.Fe2O3和铝粉的混合物被称为铝热剂 C.铝热反应只能用于冶炼铁、锰、铬、 镁等熔点较高的金属 D.铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up17(高温))2Fe＋Al2O3 $