8.1.1自然资源的开发利用 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，涵盖金属冶炼方法、工业流程及可持续发展，通过问题导学和生活金属材料示例导入，衔接自然资源分类与可持续发展，搭建从理论到应用的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学态度，以铝热反应实验、铝土矿提取流程对比及能耗数据为载体，培养证据推理与物质转化观念。融入历史文献与实验探究，学生提升解决实际问题能力，教师可借助丰富案例与检测题优化教学。

第一节 自然资源的开发利用 第1课时 金属矿物的开发利用 第八章 化学与可持续发展 1 阅读课本P98资料卡片自然资源与可持续发展，联系生活，了解自然资源的分类和可持续发展的目标和分类。 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 自然资源 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 一、自然资源分类与可持续发展目标 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、地热资源等 金属矿产和非金属矿产(煤、石油、天然气、土壤等)、核能等 可持续发展目标 3 问题导学 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 1.游离态(少数)——活泼性较弱的金属 2.化合态(大多数)——活泼性较强的金属 思考：金属矿物是如何开发利用的呢？？？ 一、金属的存在形式 使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。 得电子，被还原 Mn+ M 1.定义 2.步骤 矿石富集 → 冶炼 → 精炼 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 约10000年前 约6000年前 约6000年前 约2500年前 约200年前 任务一 金属的冶炼 (氧化还原) 金属冶炼方法的选择取决于：金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性 任务一 金属的冶炼 K Ca Na Mg Al ︱ Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 1. 物理富集法-----不活泼的Pt、Au 金、铂在自然界中以游离态存在，直接通过物理方法即可提取，如“沙土淘金” 《浪淘沙》 刘禹锡 日照澄洲江雾开， 涛金女伴满江隈。 美人首饰侯王印， 尽是沙中海底来。 任务一 金属的冶炼 K Ca Na Mg Al ︱ Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 2. 热分解法-----较不活泼金属(Hg/Ag)的冶炼 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中记载有“丹砂(HgS)烧之成水银” HgS Hg + S 2HgO 2Hg + O2 ↑ 2Ag2O 4Ag + O2 ↑ 任务一 金属的冶炼 K Ca Na Mg Al ︱ Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 3. 热还原法-----中等活泼金属(Zn-Cu)的冶炼 常见还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属Al等。 (高炉炼铁) (铝热反应) 3CO + Fe2O3 === 2Fe + 3CO2 ↑ 高温 2Al + Fe2O3 === 2Fe＋Al2O3 高温 H2 + CuO === Cu + H2O 任务一 金属的冶炼 热还原法——铝热法（用Al做还原剂进行金属氧化物的还原） 拓展链接——铝热反应 2、反应原理(以铝和氧化铁反应为例)：Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3，实验如图。 1、定义：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的 置换反应称为铝热反应。 3、现象： （1）镁条剧烈燃烧 （2）氧化铁与铝粉发生剧烈反应， 放出大量的热，放出耀眼的 白光，火星四射 （3）漏斗下部烧穿，有熔融物 落入细沙中 铝粉 + 金属氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy等) 注意：只有Al和比Al活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂。 4、引发操作 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。 铝热剂 想一想：能否利用铝热反应制取镁？ 铝热法 （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? （3)蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？ 【思考与交流】 防止蒸发皿炸裂，防止熔融的液体溅出伤人 镁条引燃剂 氯酸钾助燃剂 不需要 5、反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态 且易与Al2O3(固态)分离。 6、应用： ①焊接钢轨； ②定向爆破； ③冶炼熔点高的金属（如钨、钒、铬、锰等） 4Al＋3MnO2 === 3Mn＋2Al2O3 高温 12 任务一 金属的冶炼 K Ca Na Mg Al ︱ Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 4. 电解法-----非常活泼金属(K-Al)的冶炼 MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) ====== 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 Na3AlF6作用：助熔剂，可以降低氧化铝的熔点。 资料卡片 物质 熔点 MgCl2 714℃ MgO 2800℃ AlCl3 194℃ Al2O3 2054℃ 冶炼原料的选择依据： 熔点更低的离子化合物 任务一 金属的冶炼 【交流讨论】结合下列表格物质的熔沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择 MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？ 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/℃ 2852 2054 714 190（以分子形式存在） 沸点/℃ 3600 2980 1412 180 AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状态以分子形式存在，没有可移动离子，不导电 MgO的熔点(2852℃)远远高于MgCl2的熔点(714 ℃)，电解熔融状态的MgO需要更高的温度，消耗更多的能量，对条件、设备的要求更高，会增加生产成本。 任务一 金属的冶炼 5. 其他冶炼方法 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。 用矿(硫化矿，主要成分为Cu2S)二百五十萝.……入大旋风炉，连烹(灼烧)三日三夜，方箬见成铜。--明·陆容《菽园杂记》 Fe＋CuSO4== FeSO4＋Cu 湿法炼铜 火法炼铜 Cu2S＋O2 === 2Cu＋SO2 高温 Cu2(OH)2CO3 孔雀石 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 2CuO＋CO2↑＋H2O 　 CuO＋C Cu＋CO2↑ 　 ①铜的冶炼 Na＋KCl K↑＋NaCl 高温 难挥发性物质制备易挥发性的物质 ②钾的冶炼 K Ca Na Mg Al ︱ Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 分离法 【总结】金属的冶炼方法 单质活动性逐渐减弱 NaCl (熔融) 电解 Fe2O3 CO 高温 HgO △ 试从能源消耗和环境污染两个角度分析加强废旧金属回收利用的重要性 废旧铝质 饮料罐 液态 铝 铝 锭 高温熔化 除杂 以废旧饮料罐生产1 kg铝消耗资源及能耗 废旧饮料罐1.01 kg，电能能耗≤3.35×106 J 以铝土矿为原料生产1 kg铝的资源及能耗 铝土矿：4 kg　煤：0.5 kg　燃料油：0.25 kg 纯碱：0.5 kg 石灰：0.5 kg　氟化钙：0.04 kg 焙烧碳素：0.6 kg　冰晶石：0.03 kg 电能能耗≥6.7×107 J 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。 任务二 有效利用金属矿物 (1)_________________________； (2)开发环保高效的金属冶炼方法； (3)__________________； (4)_______________________________； (5)使用其他材料代替金属材料。 提高金属矿物的利用率 防止金属的腐蚀 加强废旧金属的回收和再利用 （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 1.原因： 2.措施： 为什么要合理开发和利用金属矿物资源？如何有效利用金属矿物? 任务二 有效利用金属矿物 思考：地壳中含量最多的金属元素是什么？铝元素在地壳中主要以铝土矿（主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等）的形式存在，那么如何从铝土矿中提取铝呢？ 铝土矿 NaOH溶液 二氧化碳 Al(OH)3 Al2O3 Al NaAlO2溶液 ①溶解 ④过滤 ⑤灼烧 ⑥电解 ②过滤 ③酸化 1. 碱熔法工业流程 铝土矿 足量盐酸 氢氧化钠溶液 Al(OH)3 Al2O3 Al 滤 液 ①溶解 ④过滤 ⑥灼烧 ⑦电解 ②过滤 ③碱化 2. 酸溶法工业流程 滤 液 二氧化碳 ⑤酸化 ④过滤 采 矿 富 集 冶 炼 精 炼 4、金属冶炼一般步骤 采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼 除杂,提高矿石中有用成分的含量 提纯金属 富集： 精炼： 任务三 “Al” 工业流程 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？ Al/Al2O3 Al3+ Al(OH)3 “Al” 轴 H+ OH- [Al(OH)4]- CO2 弱酸 NH3·H2O 弱碱 【思考】利用铝土矿制取金属铝？ 滤渣 滤液 Na[Al(OH)4] Fe2O3 CO2 过滤 滤液 滤渣 Al(OH)3 加热 Al2O3 电解 Al 某地探明有大量铝土矿（主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3等杂质），现你作为该厂特聘人员，协助完成金属铝得冶炼： Al2O3(Fe2O3) NaOH(aq) 过滤 任务三 “Al” 工业流程 任务三 “Al” 工业流程 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 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO 过滤 ①过量盐酸 SiO2 AlCl3 FeCl3 MgCl2 ②过量NaOH 溶液 过滤 Fe(OH)3Mg(OH)2 Na[Al(OH)4] NaCl NaOH ③CO2 过滤 Al(OH)3 NaHCO3 NaCl 加热 Al2O3 ⑤电解 Al 写出与Al有关的离子方程式。 ①_________________________________；②_______________________________； ③ 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 任务三 “Al” 工业流程 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO Fe2O3 MgO Na[Al(OH)4] Na2SiO3 NaOH H2SiO3 NaCl AlCl3 氨水 Al(OH)3 NH4Cl NaCl 加热 Al2O3 Al 电解 【方法二】碱熔法工业流程 并写出与Al有关的离子方程式。 _________________________________；_______________________________； _________________________________。 Al2O3＋3H2O+2OH－ = 2[Al(OH)4]－ [Al(OH)4]－＋4H＋ = Al3＋＋4H2O Al3＋＋3NH3·H2O = Al(OH)3↓+3 NaOH 溶液 过滤 盐酸 过滤 过滤 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？ 1.明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是(　　) A. 倭铅是指金属锌和铅的混合物 B. 煤炭中起作用的主要成分是碳 C. 我国历史上铅的使用早于锌 D. 该冶炼锌的方法属于热还原法 2.冶炼金属一般有下列四种方法：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。四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)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(　　) A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用② C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④ A 课堂检测 B 铬铁矿 酸浸 滤渣a 稀H2SO4 滤液1 Cr3+ Fe3+ Mg2+ Na2SO3溶液 试剂a 滤液2 滤渣b 过量CO2 Cr(OH)3 Cr2O3 金属Cr 3、工业上以铬铁矿(Na2Cr2O7，含有少量Fe2O3、SiO2、CaO和MgO等杂质)为 主要原料制备金属Cr的工艺流程如下图。 已知Cr2O3与Al2O3、Cr(OH)3与Al(OH)3性质相似 Cr为24号元素，则Cr在元素周期表的位置为 。 滤渣a主要成分是 ，提高酸浸速率的措施有 。 滤液1发生反应的离子方程式 。 滤液2发生反应的离子方程式 。 由Cr2O3制备Cr的冶炼方法为 ，反应方程式是 。 Lavf57.4.100 $