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

该高中化学课件围绕金属材料的开发利用，从金属使用时代发展切入，结合金属活动性顺序，系统讲解金属的存在形态及冶炼方法（物理法、热分解法、热还原法、电解法），搭建“历史演进-性质规律-冶炼原理”的学习支架，帮助学生建立知识关联。 其亮点在于融合历史情境（如葛洪《抱朴子》记载、铝从“帝王金属”到平民化）与化学原理，通过工业流程分析（酸溶法、碱溶法）和思考问题（如MgCl₂与MgO的选择）培养科学思维和科学探究能力，既助学生构建知识网络，又增强资源保护意识，便于教师开展情境化教学。

金属材料的开发利用 从石器到星辰大海，见证文明跨越的金属史诗 1.7.2013 同学们好！今天我们来探讨一个贯穿人类文明始终的话题——金属材料。从人类祖先第一次拾起天然铜，到今天我们用特种合金探索宇宙，金属材料的发展史，就是一部人类文明进步的史诗。这节课，我们将一起穿越时空，见证金属如何塑造了我们的世界，并展望它将如何开启未来的新篇章。 ‹#› 金属活动性逐渐减弱 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au Q1：历史上不同金属被发现和冶炼的顺序和什么有关？ 金属越活泼越难冶炼。 Q2：什么是金属的冶炼？为什么不能直接使用自然界的金属？ 金 Au 铂 Pt 游离态：极少数金属，如金、铂等 菱铁矿FeCO3 化合态：绝大多数金属元素。 赤铁矿Fe2O3 Mn＋＋ne－→M 定义：将金属从其化合物中还原出来的过程。 实质： 2. 金属的冶炼 1. 金属元素在自然界中的存在形态 Q3：你知道哪些金属的冶炼方法？ 01 (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 思考：沙里淘金的分离原理？ 金的密度比沙大 3.金属的冶炼方法 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。 ——刘禹锡《浪淘沙》 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au (2) 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” 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au (3) 热还原法(Zn—Cu中等活泼金属 ) Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 CuO+H2 Cu+H2O 高温 常用的还原剂有： CO、H2、C、 活泼金属 3.金属的冶炼方法 02技术飞跃：高炉与铸铁 铁的熔点（约1538℃）远高于青铜，人类对铁的征服，是一场跨越千年的技术飞跃。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 01火的魔法：青铜的诞生 约公元前4000年，一个伟大的偶然发生了：当含铜和锡的矿石共熔于陶窑，一种全新的合金——青铜诞生了。从此人类迈入了利用金属改造世界的新纪元。 以铝粉和金属氧化物反应获得金属单质的反应。 铝热反应 （1）概念： （2）原理： 活泼金属置换不活泼金属。 Al2O3+2Fe Fe2O3+2Al 高温 镁条为引燃剂， 氯酸钾为助燃剂 铝热剂 现象： 镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光，放出大量的热；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。 细沙:一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。 3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3 高温 （3）铝热反应应用： ①用于焊接铁轨。（大量放热的反应） ②冶炼高熔点且活泼性比铝差的金属（如钨、钒、铬、锰等）； ③定向爆破； 03. 现代的翅膀：铝的崛起 拿破仑三世曾用铝制餐具宴请宾客，彼时铝的珍贵程度远超黄金，是身份与地位的象征。 从“帝王金属”到稀世珍宝 1827年维勒首次还原出铝，19世纪中叶它比黄金更昂贵。 1886：电解法开启铝的平民化时代 霍尔与埃鲁几乎同时发明“霍尔-埃鲁法”，利用电解熔融氧化铝成功制铝，大幅降低生产成本，让铝从贵族的玩物转变为工业化的核心材料。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 1.7.2013 答案就在于铝的化学性质。它太活泼了，总是和氧紧紧结合在一起，很难分离。因此，在很长一段时间里，铝是比黄金还贵的稀有金属，连拿破仑三世都用它来彰显尊贵。直到电解法的发明，才让铝走下神坛，成为我们今天随处可见的材料。 ‹#› (3) 电解法(K Ca Na Mg Al很活泼的金属 ) 2NaCl (熔融) 2Na + Cl2 ↑ 电解 MgCl2 (熔融) Mg + Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 温馨提示：冰晶石（Na3AlF6）降低熔化Al2O3所需温度，降低能耗。 3.金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au 工业冶炼铝时，向氧化铝中添加冰晶石作助熔剂 【思考2】结合下列数据分析，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 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。 AlCl3 熔融时不存在离子, 不能导电,故不能被电解。   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 物理方法 与金属的存在状态和活泼性有关 古法炼汞 电解制钠 古法炼铁 淘金 3.金属的冶炼方法 04. 未来的脉动：新型金属材料 “记忆”合金 像玻璃一样的金属——非晶态金属 “强强联合”的金属——金属基复合材料 (MMCs) 将陶瓷颗粒、碳纤维等高性能增强材料均匀分散在金属基体中，通过界面结合形成“1+1>2”的协同效应，突破单一材料的性能极限。 1.7.2013 接下来，让我们进入未来，看看一些神奇的新型金属材料。首先是形状记忆合金，它就像有记忆一样，变形后只要加热就能恢复原状。这项技术在医疗领域，比如牙齿矫正和心脏支架中，已经得到了广泛应用。 ‹#› 目标二　合理开发和利用金属矿物资源 矿石冶炼过程中的“三废”问题 估计一些矿物可开采的年限 二、合理开发和利用金属矿物资源 Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO 过滤 过量盐酸 SiO2 AlCl3 FeCl3 MgCl2 NaOH 溶液 过滤 Fe(OH)3Mg(OH)2 NaAl(OH)4 NaCl NaOH CO2 过滤 Al(OH)3 NaHCO3 NaCl 加热 Al2O3 电解 Al 思考2 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. 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↓＋HCO3- 典例 1、能否用氨水代替NaOH 溶液? Al2O3 Fe2O3 SiO2 MgO NaOH 溶液 Fe2O3 MgO NaAl(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 2. 碱溶法工业流程 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↓+3NH4+ 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】 Lavf57.58.101 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.4 $