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

该高中化学课件围绕金属矿物的开发和利用，系统讲解金属存在形式、冶炼原理与方法，通过《抱朴子》“丹砂烧之成水银”、《梦溪笔谈》“熬胆矾铁釜化为铜”等古代文献及诗句导入，构建从历史案例到现代化学原理的知识支架，帮助学生梳理冶炼方法发展脉络。 其亮点在于融合历史文献与化学原理，体现科学思维的证据推理，如用古代炼铜案例推导反应方程式。强调金属活动性顺序与冶炼方法关联，构建物质性质决定用途的化学观念，如电解法选择MgCl₂而非MgO的分析。结合金属资源可持续利用，培养科学态度与责任，如回收铝的能耗对比。通过问题驱动和实验探究，学生深化理解，教师可利用课堂练习巩固教学。

8.1.1 金属矿物的开发和利用 自然资源与可持续发展 自然资源 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 可再生资源 不可再生资源 可持续发展 目标：满足人类需要的同时，人类的行为要受到自然界的限制。 即：人类代际之间、不同国家不同地区之间、人类与其他生物之间的公平。 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 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 汽车 金属勺子 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 金属饰品 金属有着十分广泛的用途 金属矿物的开发和利用 “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 古代炼丹术士葛洪所著《抱朴子》中记载：“丹砂烧之成水银。 北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道： “信州铅山县有哭泉，流水为涧。揖其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之化为铜。 金属矿物的开发和利用 1. 金属的存在形式 (1) 游离态: 极少数的不活泼金属(金、铂等) 陨铁 铂矿 金矿 (2) 化合态: 绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界 黄铜矿(CuFeS2) 赤铁矿(Fe2O3) 铝土矿 (Al2O3) 软锰矿(MnO2) 孔雀石[Cu2(OH)2CO3] 钨锰铁矿 金属矿物的开发和利用 2. 金属的冶炼 人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来 将金属从其化合物中还原出来，使之变成金属单质的过程 利用氧化还原反应，使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属原子 实质： 得电子，被还原 Mn+ 　　　　M + ne- 金属矿物的开发和利用 3. 金属冶炼的一般步骤 矿石富集：除去杂质，提高矿石中有用成分含量。 冶炼：利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子还原成单质。 精炼：采用一定方法，提炼金属。 【思考】以下文献中涉及了哪些金属的“冶炼”？ 发生了什么化学反应？ ✹熬胆矾铁釜，久之异化为铜。——沈括《梦溪笔谈》 ✹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》 ✹丹砂烧之成水银。——葛洪所著《抱朴子》 ✹“日照澄洲江雾开，淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。——刘禹锡《浪淘沙九首》 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 Cu2S + O2 = 2Cu + SO2 HgS = Hg+ S 沙里淘金 金属的冶炼方法 【思考】不同金属的冶炼方法是否相同？与金属活泼性是否有关？ 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 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：铂Pt、金 Au ） 马达加斯加街头淘金者 刚果手工金矿开采 淘金原理： 《浪淘沙》 刘禹锡 日照澄洲江雾开， 淘金女伴满江隈。 美人首饰侯王印， 尽是沙中浪底来。 金的密度比沙大，淘去粗沙后得砂金。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属的冶炼方法 2. 热分解法 适用于不活泼的金属（如：Ag、Hg） K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 通过加热金属氧化物、碘化物、羰基化合物等使其分解制取纯金属 古法炼汞 古法炼银 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS)烧之成水银” 2HgO == 2Hg + O2 ↑ △ 2Ag2O == 4Ag + O2 ↑ △ HgS == Hg + S △ 金属的冶炼方法 3. 热还原法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 通常利用还原剂在高温条件下将金属从其化合物中还原出来 常见还原剂： 焦炭、CO、H2、Al 等 适用于大多数金属，活泼性位于金属活动顺序表中间位置 金属的冶炼方法 3. 热还原法 湿法炼铜 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 Ⅰ. 炼铜 Ⅱ. 炼铁 高炉炼铁 高温 C + O2 ==== CO2 CO2 + C ==== 2CO 高温 Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2 高温 一些活泼金属也可作还原剂， 将相对不活泼的金属从其化合物 中置换出来 火法炼铜 C + 2CuO == CO2 ↑ + 2Cu 高温 金属的冶炼方法 3. 热还原法 Ⅲ. 铝热反应 细沙 【现象】 镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光， 纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有红热状态熔融物落入沙中 【原理】 2Al + Fe2O3 ==== 2Fe + Al2O3 高温 【思考】镁条和氯酸钾的作用是什么？为什么蒸发皿要铺一层细沙？ 镁条作为引燃剂，提供高温条件； 氯酸钾分解氧气，作为助燃剂 细沙可防止滴落的高温熔融物使蒸发皿炸裂 金属的冶炼方法 3. 热还原法 Ⅲ. 铝热反应 (1)概念：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2)在高温下 发生的置换反应称作铝热反应。 铝 ＋ 某些难熔金属氧化物 ==== 金属 ＋ 氧化铝　 高温 (2)铝热剂: 铝粉和某些难熔金属氧化物粉末 (如Fe2O3、MnO2、V2O5、MnO2等不如Al活泼的金属氧化物) 组成的混合物 铝做还原剂 (3)反应特点: 高温下进行，反应迅速并放出大量的热,新生成的金属的单质呈熔融态 金属的冶炼方法 (4)应用： ① 冶炼高熔点金属，如铬、锰、钨、钒等 ② 金属焊接，如焊接钢轨 3. 热还原法 Ⅲ. 铝热反应 课堂练习 SnO2 + C Sn + CO WO3 + H2 W + H2O 【课本】P105 2. 完成下列反应的化学方程式，并指明氧化剂和还原剂 PbS + O2 PbO + SO2 UF4 + Mg U + MgF2 2 2 3 3 2 3 2 2 2 2 氧化剂 还原剂 SnO2 C WO3 H2 O2 PbS UF4 Mg 高温 高温 高温 高温 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂练习 【课本】P105 3. 蓝铜矿的主要成分为2CuCO3·Cu(OH)2，将它与焦炭一起加热时，可以生成Cu、CO2和H2O。请写出该反应的化学方程式，并注明反应类型。 4. 某种磁铁矿样品含Fe3O4 76.0%，SiO2 11.0%，其他不含铁的杂质13.0%，请计算这种矿石中铁的质量分数。 2[2CuCO3·Cu(OH)2] + 3C === 6Cu +2CO2 ↑ + 2H2O △ ω(Fe)= 56×3+16×4 56×3 ×100% ×76.0% = 55.0% 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂练习 1.有关金属的冶炼原理，下列说法正确的是（ ） 　 A．发生的一定是置换反应 B. 发生的一定是分解反应 C．发生的一定是还原反应 D．只能用金属做还原剂冶炼金属 C 2．下列金属冶炼过程中不涉及化学变化的是（ ） A．铝热反应 B．高炉炼铁 C．沙里淘金 D．湿法炼铜 C 课堂练习 3.下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是( ) A.K、Mg B.Fe、Al C.Fe、Cu D.Hg、Ag C 4.铝能用于冶炼熔点高的金属(如V、Cr、Mn等)，用到的铝的性质是( ) A.银白色金属 B.熔、沸点相对较低 C.导电、导热性能好 D.还原性强，在反应中释放出大量的热 D 课堂练习 5.利用铝热反应可以在野外焊接大截面的钢轨，其原理为2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe，某小组用如图所示仪器及试剂探究铝热反应。 其实验现象记录如下： ①剧烈反应，火星四射。②放出大量的热，纸漏斗下端被烧穿，有红热熔融物落入细沙上，冷却后变为黑色固体。根据以上描述，回答以下问题： 高温 (1)铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？ (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？ 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。 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。 课堂练习 5.利用铝热反应可以在野外焊接大截面的钢轨，其原理为2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe，某小组用如图所示仪器及试剂探究铝热反应。 其实验现象记录如下： ①剧烈反应，火星四射。②放出大量的热，纸漏斗下端被烧穿，有红热熔融物落入细沙上，冷却后变为黑色固体。根据以上描述，回答以下问题： 高温 (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。 (4)据反应原理，Fe2O3和Al的质量比为多少最好？ 为保证Fe2O3和Al都反应完全，两者质量比控制在3∶1为最好。 [m(Fe2O3) ∶m(Al)＝160∶(2×27)≈3∶1] 1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的伏打电池，为化学研究开辟了新天地。 伏打与伏打电池 1807年，英国化学家戴维将白金导线通入熔融的氢氧化钾中，接通电流。奇迹出现了：电极上出现了水银似的金属颗粒，通过电解法制得的第一种金属诞生了！那就是金属钾。之后，戴维用同样的方法电解得到了钠、钙、镁等金属。 汉弗莱·戴维 金属的冶炼方法 4. 电解法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 适用一些非常活泼的金属，一般电解它们的熔融盐或熔融氧化物来制取 (1) 制Na 2NaCl (熔融) 2Na ＋ Cl2 ↑ 电解 (2) 制Mg MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 物质 MgO MgCl2 熔点/oC 2852 714 沸点/oC 3600 1412 因为MgO的熔点远高于MgCl2，所以电解熔融的MgO需要更多的能量，更高的温度，成本更高。 【思考】工业上为什么用电解熔融MgCl2，而不用电解MgO的方法生产镁? 1860年拿破仑三世请各国国王和贵族吃饭。拿破仑三世为这些贵宾，准备了精美异常的金银餐具。奇怪的是，皇帝拿破仑三世自己则用一套，貌不惊人的铝制餐具。 1889年，门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝合金制成的花瓶和杯子。 在以后的一段时期里，铝是帝王贵族们享用的珍宝 主要是由于自古代到近代，提炼铝的难度非常大 1886年2月的一天，美国青年化学家霍尔把铁矾土融进冰晶石里，并进行电解实验。为了降低冰晶石的熔点，他加了少量的氯化钙，最终制得纯度达98%以上的铝，一个多月后，在大洋彼岸的法国，学生保尔•特•埃罗用相似的方法，同样制得纯度达98%的铝，使得铝量产。 1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通过氯气加热，等等手段，才第一次分离出高纯度的铝，他提炼出来的铝是颗粒状的，大小没超过一个针头。他用了18年时间坚持实验，终于提炼出了一块致密的铝块。 最早冶炼出铝的科学家是奥斯特，1825年将氯气通过红热的木炭和铝土(主要成分是氧化铝)的混合物制出氯化铝，然后通过钾汞齐与氯化铝的作用，生成“铝汞齐”。在隔绝空气的情况下将“铝汞齐”中的汞蒸发掉，得到了含有杂质的铝，且产量极低。 现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。 金属的冶炼方法 (3) 制Al 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 4. 电解法 冰晶石：Na3AlF6 作用——降低Al2O3的熔点 物质 Al2O3 AlCl3 熔点/oC 2054 190（以分子形式存在） 沸点/oC 2980 180 【思考】工业上为什么用电解熔融Al2O3，而不用电解AlCl3 的方法生产金属铝? 由于Al2O3熔点很高，因此需要加入冰晶石来降低熔点 AlCl3的熔点很低，且沸点比熔点低，易升华; 并且是AlCl3共价化合物，熔融时不存在离子，不能导电，故不能被电解   金属的冶炼方法 【思考】请设计分离提纯铝的流程 工业上常用铝土矿（主要成分为Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2等杂质）来制取单质铝 铝土矿 氧化铝 电解铝 净化 精炼 铝锭 提纯 电解 金属的冶炼方法 途径一：酸溶法 【铝的制取流程】 铝土矿(Al2O3、Fe2O3、SiO2) 过量HCl ①过滤 Al3+、Fe3+ SiO2 过量NaOH ②过滤 Fe(OH)3 [Al(OH)4]- 过量CO2 ③过滤 NaHCO3 Al(OH)3 ④灼烧 Al2O3 ⑤电解 Al 【思考】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。 金属的冶炼方法 途径二：碱溶法 【铝的制取流程】 铝土矿(Al2O3、Fe2O3、SiO2) 过量NaOH ①过滤 [Al(OH)4]-、 SiO32- Fe2O3 过量HCl ②过滤 H2SiO3 Al3+ 足量氨水 ③过滤 Al(OH)3 ④灼烧 Al2O3 ⑤电解 Al 能否将将盐酸改为CO2? 将氨水改为“NaOH溶液”合适吗? 不合适，因为Al(OH)3能溶于NaOH。 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。 金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 一般用于金属活动性顺序中铝及铝以前的金属冶炼 热还原法 适用于金属活动性比较强，在常见金属活动性顺序中居于中间区域(Zn~Cu) 热分解法 适用于金属活动性弱的，在常见金属活动性顺序的右端区域 物理提取 其密度很大，用多次淘洗法去掉矿粒，泥沙等杂质，便可得到 不同金属的冶炼方法不同， 金属冶炼方法的确定—由金属活泼性决定 金属资源的合理开发和利用 地球上的金属矿物资源是有限的，且分布不均。 这个过程中会消耗许多能量，也易造成环境污染 而金属腐蚀现象普遍存在，也造成了大量损失 人类通过金属的冶炼， 每年从自然界中提取数以亿吨计的金属 因此合理开发和利用金属资源尤为重要 金属资源的合理开发和利用 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制铝相比，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，结合图，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 与生产1 kg铝相关的消耗 铝的生产示意图 用铝土矿生产铝，能耗高，资源消耗量大，在生产过程中会产生大量的废气、废液及废渣，对大气水体及土壤会产生很大污染； 而用废旧饮料罐生产铝，能耗低，资源消耗量小，对环境污染很小，变废为宝，既可以减少废旧金属对环境的污染还可以提高矿物有效利用率，是可持续发展的必然要求。 金属资源的合理开发和利用 途径 （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 【导学案】P123 例1 下表中金属的冶炼原理或方法不正确的是( ) 。 选项 冶炼原理 方法 A 热分解法 B 电解法 C 热分解法 D 热还原法 C 课堂练习 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 36 例2 《天工开物》中记载金属锌的冶炼方法：“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内…… 逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，罐中炉甘石熔化成团，冷定毁罐取出。每 十耗去其二，即倭铅也。”已知炉甘石为 ，倭铅为金属锌。该冶炼方法属于 ( ) 。 A A.热还原法 B.电解法 C.热分解法 D.湿法冶金 课堂练习 【导学案】P123 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 37 1.下列金属中，通常采用热还原法冶炼的是( ) 。 C A. B. C. D. 课堂练习 【导学案】P125 随堂检测 2.下列冶炼金属的方法所涉及的反应一定是置换反应的是( ) 。 C A.热分解法 B.电解法 C.铝热法炼铁 D.高炉炼铁 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 38 3.下列关于金属冶炼的说法正确的是( ) 。 C A.制钠：高温分解制备 B.炼铁：用焦炭和空气反应产生的 在高温下还原铁矿石中铁的氧化物 C.制铜：曾青 得铁，则化为铜，该过程发生置换反应 D.制铝：将溶于盐酸中，电解所得 溶液 课堂练习 【导学案】P125 随堂检测 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 39 课堂练习 SnO2 + C Sn + CO WO3 + H2 W + H2O 【课本】P105 2. 完成下列反应的化学方程式，并指明氧化剂和还原剂 PbS + O2 PbO + SO2 UF4 + Mg U + MgF2 2 2 3 3 2 3 2 2 2 2 氧化剂 还原剂 SnO2 C WO3 H2 O2 PbS UF4 Mg 高温 高温 高温 高温 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂练习 【课本】P105 3. 蓝铜矿的主要成分为2CuCO3·Cu(OH)2，将它与焦炭一起加热时，可以生成Cu、CO2和H2O。请写出该反应的化学方程式，并注明反应类型。 4. 某种磁铁矿样品含Fe3O4 76.0%，SiO2 11.0%，其他不含铁的杂质13.0%，请计算这种矿石中铁的质量分数。 2[2CuCO3·Cu(OH)2] + 3C === 6Cu +2CO2 ↑ + 2H2O △ ω(Fe)= 56×3+16×4 56×3 ×100% ×76.0% = 55.0% 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂练习 【课本】P105 7. 制取非金属单质(如O2、Br2和Cl2等)与制取金属单质的化学原理相似，也是主要利用氧化还原反应，采用热分解、置换、电解等方法，是非金属元素由化合态转变为游离态。请结合具体实例，写出有关的化学反应方程式。 制取O2，可采用热分解法 2KClO3 ==== 2KCl +O2 ↑ MnO2 △ 2H2O2 ==== 2H2O +O2 ↑ MnO2 △ 2KMnO4 == K2MnO4 + MnO2 + O2 ↑ △ 制取Br2，可采用置换法 2NaBr + Cl2 ==== 2NaCl +Br2 制取Cl2，可采用电解法 2NaCl + 2H2O ==== 2NaOH +H2 ↑+Cl2 ↑ 电解 2NaCl(熔融) ==== 2Na+Cl2 ↑ 电解 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂练习 1.已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是（ ） A.电解法 B.热还原法 C.热分解法 D.铝热法 A 2.人类对某金属冶炼技术的掌握程度决定了其应用的广泛性。影响冶炼方法的主要因素是（ ） A.金属的活泼性强弱 B.金属在地壳中的含量多少 C.金属的化合价高低 D.金属的导电性强弱 A 课堂练习 3.下列金属冶炼属于热还原法的是（ ） A. B. C. D. 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 电解 WO3+3H2 W+3H2O 2Ag2O 4Ag + O2↑ Fe + CuSO4 == Cu + FeSO4 B 课堂练习 4.工业上常用电解法冶炼的金属为( ) A.镁 B.铁 C.铜 D.银 5.已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。 据此推测，下列事件发生在铁器时代之前的是( ) A.金属钠的使用 B.青铜器的大量使用 C.海水提镁 D.铝热法制铬 A B 课堂练习 6、下列关于金属冶炼的说法正确的是（ ） A．电解饱和食盐水制取钠 B．热还原法制取汞、银 C．利用铝热反应制取钒、铬、锰 D．利用热分解法制取铜 C 课堂练习 7．下列化工生产原理错误的是（ ） ①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠； ②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁； ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝； ④高炉炼铁的反应是放热的，故无需加热． A．②③ B．①③ C．①②③ D．②③④ D 课堂练习 8．下列金属的工业制法正确的是（ ） A．制钛：用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液中的钛 B．炼铁：炼铁高炉中碳在高温下还原铁矿石中的铁 C．制钠：用海水作原料制得精盐，再电解熔融氯化钠得到金属钠 D．炼硅：用焦炭与二氧化硅在高温下反应生成粗硅和二氧化碳 C Lavf57.4.100 Lavf57.83.100 $