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

该高中化学课件聚焦金属矿物的开发利用，系统涵盖金属存在形式、冶炼原理及电解法、热还原法等方法，通过古代文献记载与科学史话导入，从生活应用过渡到化学原理，构建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于融合科学史与实验探究，如铝热反应实验详细步骤及现象分析培养科学探究与实践能力，结合资源回收能耗数据强化科学态度与责任，帮助学生形成物质性质决定用途的化学观念，教师可提升教学效率与学生学习兴趣。

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 1 金属 生活 生产 国防科技 那么，如何从金属矿石中得到我们想要的金属呢？ 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：“信州铅山县有苦泉，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。” 以上文献中涉及了哪些金属的冶炼？ (1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。 (2)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。 (3)在地壳中，含量最高的金属元素是____，其次是____。 铂矿 黄铜矿 赤铁矿 铝矿 锰矿 钨矿 锌矿 金 铝 铁 一、金属元素在自然界的存在形式 二、金属冶炼 1.定义：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。 2.实质： Mn+ M +ne- 得电子，被还原 3.冶炼步骤： 富集 除杂，提高矿石中有用成分的含量 利用氧化还原反应将金属化合物还原成单质 提纯金属 冶炼 精炼 5 科学史话 由人类社会的进步看金属的冶炼 石器时代 青铜器时代 铁器时代 镁铝合金 1万年前 商周、春秋战国 西 汉 近现代 思考：从人类使用金属材料的顺序看，你有何发现？ 4. 金属冶炼的一般方法 6 4. 金属冶炼的一般方法 依据：根据金属活泼性的不同，采用不同的冶炼方法： 电解法 热还原法 热分解法 物理方法 思考：为什么越活泼的金属被人类利用的越晚？ 因为金属越活泼还原性就越强，其离子的氧化性越弱，得电子能力越弱， 就越难被还原，故制取和利用的时间越晚。 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS (1)电解法 MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2NaCl (熔融) 2Na ＋ Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋3O2 ↑ 电解 冰晶石 来自海水 来自铝土矿，不能用AlCl3,为什么？ 因为AlCl3,是共价化合物，在熔融状态下不导电。 Na3AlF6 降低氧化铝的熔点 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 8 思考：冶炼Mg时电解MgCl2，不能电解MgO？冶炼Al时电解Al2O3不能电解AlCl3？ 电解法制取镁时需要电解化合物的熔融状态，而MgO的熔点太高，将MgO加热熔融消耗的能量太高不经济。 AlCl3是共价化合物，熔融状态下无自由移动的离子 (2) 热还原法 高炉炼铁： H2还原氧化铜： Fe2O3 + 3CO == 2Fe + 3CO2 高温 CuO+H2 == Cu + H2O △ Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 高温 铝热反应： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 实验步骤： （1）把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在已在，取出内层滤纸，在底部剪一小孔后用水润湿，再套回原处，并架在铁圈上，下面放置一盛有沙子的蒸发皿。 （2）将5g干燥的氧化铁和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。 （3）用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。 ① 铝热反应 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 实验现象： 1、镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光 2、漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射 3、纸漏斗的下部被烧穿，有红热熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体 12 思考：1、镁条与氯酸钾的作用是什么？ 2、蒸发皿为什么要铺一层沙子？ 3、铝热反应需要高温，是否需要持续加热？ 防止滴落的高温熔融物使蒸发皿炸裂，也防止熔融物溅出伤人。 铝热剂(混合物)： Al+难熔金属氧化物 镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂； 铝热反应是放热反应，不需要持续加热； 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 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 应用：①冶炼熔点较高的金属，如铬、锰、钨、钒等； ②金属焊接，如焊接钢轨。 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 思考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。 思考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。 思考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。 炼矿曰扯铜，其法矿千斤(氧化矿，灼烧得CuO)用炭七八百斤不等，炉如来墙，底作圆窠，铺以炭末，始加矿炭……而铜沉于低，有流碣，即铜成之候矣——清·张泓《滇南新语》 CuO＋C Cu＋CO↑ 　 请写出冶炼铜的化学方程式 ② 铜的冶炼 人类很早就发现，孔雀石在熊熊燃烧的树木中灼烧，树木余烬里会有一种红色光亮的金属凝固出来，试用化学方程式表示所发生的反应： Cu2(OH)2CO3 孔雀石 Cu2(OH)2CO3 2CuO＋CO2↑＋H2O 　 CuO＋C Cu＋CO↑ 　 常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 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，久之亦化为铜。 ——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》 湿法炼铜 火法炼铜 Cu2S + O2===2Cu + SO2 高温 CuSO4 + Fe=Cu + FeSO4 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au (3) 热分解法(不活泼的金属Hg、Ag ) 2HgO 2Hg + O2 ↑ 2Ag2O 4Ag + O2 ↑ HgS Hg + S 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS)烧之成水银” 金在自然界中以游离态的形式存在，古人利用金子比沙子密度大的特点“沙里淘金”。有诗为证“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金” (4)物理方法--富集法 适用于极不活泼的金属（如：铂Pt、金 Au ） 19 课堂总结 金属单质还原性，失电子能力依次减弱金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强 20 计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质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8-1和图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 三、金属矿物的开发和利用 启示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，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 启示2: 加强度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。 启示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。 合理开发和利用金属矿物资源的原因： （1）资源有限且分布不均 （2）金属的冶炼消耗许多能量 （3）金属冶炼造成环境污染 （4）金属腐蚀造成大量损失 开发环保高效的金属冶炼方法 防止金属的腐蚀 提高金属矿物的利用率 加强废旧金属的回收和再利用 使用其他材料代替金属材料 合理开发利用金属资源 铑极其稀有，铑具有高熔点和惊人的耐腐蚀能力。这种银色属通常因为其反射特性被使用。如今，它的价格大约是黄金的四倍。 特征：银白色，坚硬，耐腐蚀 生产国：南非，俄罗斯，加拿大和其他生产国 用途：这种金属通常用于照明行业，镜子生产；在汽车行业中，用作催化剂，前照灯反射器它也被称为珠宝，特别是“白金”的抗刮擦饰面。 【资料】世界上最昂贵的贵金属 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO 过滤 过量盐酸 SiO2 AlCl3 FeCl3 MgCl2 NaOH 溶液 过滤 Fe(OH)3Mg(OH)2 Na[Al(OH)4] 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 四、应用——工业炼铝 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 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? 不能，如果二氧化碳少量会生成Na2CO3。 【思考讨论】 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 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 Na[Al(OH)4] 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 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 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】 年度工作概述 ADD RELATED TITLE WORDS 1、判断题 (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(　　) × √ √ × × × √ 2. 下列说法中正确的是(　　) A．金属的冶炼原理，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 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．金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大 A 3. 下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　) A．由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产Al B．可以用钠加入氯化镁溶液中制取镁 C．炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热 D．金属冶炼的方法由金属的活泼性决定 D 4. 以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2S＋O2 2Cu＋ SO2。下列说法不正确的是(　　) A．化合价发生变化的元素有3种 B．Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂 C．1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4 mol D．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料 高温 C –2 +4 +1 0 –2 0 5. 工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺 流程如图所示： 下列叙述正确的是(　　) A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3 C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应 D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3 D CO2 NaOH Lavf58.20.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.7.18(fixed_gap:False) Lavf57.4.100 Lavf57.58.101 $