資源簡介

自然資源是人類社會發(fā)展不可或缺的自然物質(zhì)基礎(chǔ)，包括：
土地與土壤資源
礦產(chǎn)資源
生物資源
水資源
能源資源
環(huán)境資源
可再生資源
不可再生資源
自然資源
能否再生
植物、微生物、可降解塑料袋、水資源、地熱資源
金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)（煤、石油、天然氣、土壤等
第八章 化學與可持續(xù)發(fā)展
第一節(jié) 自然資源的開發(fā)利用 課時1
我國古代煉鐵工業(yè)長期領(lǐng)先于世界，我們在西漢初時已經(jīng)懂得用木炭與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領(lǐng)先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國直到500年后（相當于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù)。
其他金屬礦物是如何開發(fā)利用的呢？
1.掌握金屬活動順序與金屬冶煉的方法的關(guān)系。
2.通過鋁的冶煉成本的計算，知道合理開發(fā)和利用金屬資源的重要性和必要性。
3.掌握氧化還原反應(yīng)在金屬礦物開發(fā)中的應(yīng)用。
知識點一：金屬的冶煉
1.金屬在自然界中的存在形式
金、鉑
其他金屬
游離態(tài)
化合態(tài)
天然金Au
孔雀石
赤鐵礦Fe2O3
如何運用化學方法從金屬礦物中獲取金屬單質(zhì)？
2.金屬的冶煉方法
將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造金屬材料的過程在工業(yè)上叫做金屬的冶煉。
古代煉丹術(shù)士葛洪所著《抱樸子》中記載：“丹砂燒之成水銀。”北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“信州鉛山縣有哭泉，流水為澗。揖其水熬之，則成膽礬，烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜，久之化為銅。”
以上文獻中涉及了哪些金屬的冶煉？寫出相關(guān)的化學方程式。
注：丹砂是指HgS
文獻中涉及了Hg 、 Cu的冶煉方法
HgS === Hg + S
△
CuSO4 + Fe Cu + FeSO4
高爐煉鐵：Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2
高溫
【歸納總結(jié)】從金屬礦物提取金屬的轉(zhuǎn)化思路。
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
電解
得電子，被還原
Mn+ M
+ne-
化合態(tài)金屬
游離態(tài)金屬
用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬離子，從而獲取金屬單質(zhì)。
為什么不同金屬的冶煉方法不同
【歸納】越活潑的金屬，越難還原，越要用更強的還原手段來實現(xiàn)。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
冶煉條件變簡單
金屬活潑性減弱，失電子能力減弱。
對應(yīng)陽離子得電子能力增強，易被還原
熱分解法
分離提純
電解法
熱還原法
A.電解法
2Al2O3(熔融)===== 4Al + 3O2↑
電解
冰晶石
2NaCl(熔融) ==== 2Na + Cl2↑
電解
MgCl2(熔融) ==== Mg + Cl2↑
電解
如：K、Ca、Na、Mg、Al等非常活潑的金屬
【特別注意】1.應(yīng)該電解熔融金屬化合物，而不是水溶液
2.鋁不能通過電解AlCl3得到，而應(yīng)該電解Al2O3。因為AlCl3是共價化合物，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電。
來自海水
來自鋁土礦
降低氧化鋁的熔點
B.熱還原法:
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、
高溫
高爐煉鐵：Fe2O3 + 3CO === 2Fe + 3CO2
鋁熱法煉鐵
3C+2Fe2O3 ==== 4Fe+3CO2↑
高溫
鋁和金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱，放出的熱量可以維持反應(yīng)繼續(xù)進行。
Fe2O3 + 2 Al === 2Fe + Al2O3
高溫
鋁熱反應(yīng)
實驗步驟：
（1）把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在已在，取出內(nèi)層濾紙，在底部剪一小孔后用水潤濕，再套回原處，并架在鐵圈上，下面放置一盛有沙子的蒸發(fā)皿。
（2）將5g干燥的氧化鐵和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物上面加少量氯酸鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂條。
（3）用燃著的小木條點燃鎂條，觀察現(xiàn)象。
鋁熱反應(yīng)
【思考】1.鎂條與氯酸鉀的作用是什么？

2.蒸發(fā)皿為什么要鋪一層沙子？
3.鋁熱反應(yīng)需要高溫，是否需要持續(xù)加熱？
防止滴落的高溫熔融物使蒸發(fā)皿炸裂，也防止熔融物濺出傷人。
【實驗現(xiàn)象】
1.鎂條劇烈燃燒
2.氧化鐵與鋁粉發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量
的熱，放出耀眼的白光，火星四射
3.漏斗下部燒穿，有熔融物落入細沙中
鋁熱劑(混合物)：
Al+難熔金屬氧化物
鎂條為引燃劑，氯酸鉀為助燃劑；
鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)，不需要持續(xù)加熱；
【鋁熱反應(yīng)總結(jié)】
概念：鋁和金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學反應(yīng)。
原理：鋁＋某些金屬氧化物 　 金屬＋氧化鋁　
高溫
鋁熱劑：鋁和某些金屬氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、V2O5）組成的混合物。
鎂條作用：提供高溫條件（引燃劑）
氯酸鉀作用：助燃劑
??? 鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等等高熔點金屬。
C.熱分解法：
適用于 的金屬。
不活潑
如：Hg、Ag
2HgO === 2Hg + O2
△
2Ag2O === 4Ag + O2
△
D.富集法：
《浪淘沙》 -劉禹錫
日照澄洲江霧開，濤金女伴滿江隈。
美人首飾侯王印，盡是沙中海底來。
適用于極不活潑的金屬的冶煉：Pt Au
【淘金原理】
金的密度比沙大
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
“曾青得鐵則化為銅”——西漢淮南王劉安《淮南萬畢術(shù)》
“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅”——晉代的葛洪《抱樸子內(nèi)篇·黃白》
濕法煉銅
火法煉銅
Cu2S＋O2 === 2Cu＋SO2
高溫
E.其他法：
2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2↑+2FeO
高溫
知識點二：金屬資源的開發(fā)利用
【思考與討論】
課本99頁思考與討論，通過對比，你得到了什么？
氧化鋁
碳素電極
鋁土礦
石油焦
瀝青焦
螢石
冰晶石
電解
液態(tài)鋁
鋁錠
消耗電能至少1.8×106J
回收鋁質(zhì)飲料罐得到的鋁消耗的能量為鋁土礦制鋁的3％~5％
加強廢舊金屬的回收再利用是合理開發(fā)和利用金屬資源的重要途徑,樹立金屬垃圾也是一種重要資源的理念.在日常生活當中大力提倡垃圾分類回收再利用,養(yǎng)成珍惜自然資源,節(jié)約資源,愛護環(huán)境,保護環(huán)境的意識。
實際生產(chǎn)過程中,金屬的冶煉過程是個復(fù)條過程,在得到所需產(chǎn)品的同時也會產(chǎn)生廢棄物。必須考慮廢棄物的處理和生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。
從鋁土礦中制鋁消耗的能量要遠遠高于回收后制鋁消耗的能量,因而,在實際生產(chǎn)過程中必須要考慮成本。
啟示

1.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源的原因：
（1）資源有限且分布不均
（2）金屬的冶煉消耗許多能量
（3）金屬冶煉造成環(huán)境污染
（4）金屬腐蝕造成大量損失
（1）提高金屬礦物的利用率
（2）開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法
（3）防止金屬的腐蝕
（4）加強廢舊金屬的回收和再利用
（5）使用其他材料代替金屬材料
2.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源的措施：
練一練
1.列說法錯誤的是(　　)
A.對廢舊金屬的最好處理方法是回收、再利用
B.提煉金屬要經(jīng)過礦石的富集、冶煉、精煉三步
C.活潑金屬的冶煉都是通過電解其鹽溶液
D.熱還原法中還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等
C
2.有0.4 g鐵的氧化物，用足量的CO在高溫下將其還原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。這種鐵的氧化物的化學式是(　　)
A．FeO B．Fe2O3
C．Fe3O4 D．FeO和Fe2O3
B
3.在熔融狀態(tài)下 可用Na與KCl反應(yīng)制金屬K。Na+KCl=K+NaCl。調(diào)整合適的溫度，可以分離出K單質(zhì)。已知四種物質(zhì)的熔、沸點如下：
?
K
Na
KCl
NaCl
熔點(℃)
63.65
97.8
770
801
沸點(℃)
774
882.9
1 500(升華)
1 431
根據(jù)上表數(shù)據(jù)，用Na與KCl反應(yīng)制K的適宜溫度是(　　)
A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃
C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃
C
6.冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C或H2、CO作為還原劑還原法 ；②熱分解法 ；③電解法 ；④鋁熱法。現(xiàn)冶煉下列金屬：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，試標明適宜的冶煉方法。 Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。
③
③
①
①
④
4.工業(yè)上常采用電解法冶煉的金屬是 （ ）
A、Fe B、Cu C、Al D、Ag
5.可用熱分解法就可能制得的金屬有（ ）
A . Cu Cr B . Ti W
C . Ag Hg D . Na Al
C
C
7.鋁是一種應(yīng)用廣泛的金屬,工業(yè)上用Al2O3和冰晶石(Na3AIF6)混合熔融電解制得。I.鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下:
(1)反應(yīng)1的化學方程是
(2)濾液I中加入CaO生成的沉淀是
反應(yīng)2的離子方程式是
2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O
CaSiO3
2AlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO3
-
2-
金屬冶煉的實質(zhì)
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
失電子能力
減弱
增強
得電子能力
冶煉方法不同
得電子能力不同
K+ Ca?+ Na+ Mg?+ Al?+ Zn?+ Fe?+ Sn?+ Pb?+ (H+) Cu?+ Hg?+ Ag+
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
物理法
熱分解法
熱還原法
電解法
得電子，被還原
Mn+ M
+ne-

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