資源簡介

(共41張PPT)
第一節(jié) 自然資源的開發(fā)利用
第1課時
第八章 化學與可持續(xù)發(fā)展
1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標指什么？
2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？
3.金屬冶煉指什么？
4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？
5.金屬活動順序與金屬冶煉有什么關系？
6.鋁熱反應？
7.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源有哪些主要途徑？
閱讀課本P98—99，完成下列問題：
思、議6分鐘
自然資源分類與可持續(xù)發(fā)展目標
土地與土壤資源
礦產資源
生物資源
水資源
能源資源
環(huán)境資源
自然資源
經濟可持續(xù)發(fā)展、社會可持續(xù)發(fā)展
資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展
可再生資源
不可再生資源
植物、微生物、可降解塑料袋、水資源、地熱資源等
金屬礦產和非金屬礦產(煤、石油、天然氣、土壤等)、核能等
可持續(xù)發(fā)展目標
人們在生活和生產中使用的金屬材料多為合金，它是由金屬單質加工獲得的。
多功能軍工刀
高壓鈉燈
銅導線
鐵鍋
不銹鋼鍋
鈦合金羽毛球拍
鎳合金門鎖
鉑合金首飾
鈉鉀合金
那么人們是如何獲得金屬單質？金屬礦物又是如何開發(fā)和利用的呢？
2
1
本節(jié)重點
本節(jié)難點
不同金屬的冶煉方法
金屬礦物的開發(fā)利用
一、金屬元素在自然界的存在
游離態(tài)：
化合態(tài)：
少數不活潑金屬
例： 金、鉑
及少量銅、銀、隕鐵
金
鉑
絕大多數金屬以礦物質形式存在
銅
銀
隕鐵
鋁土礦（Al2O3）
菱鎂礦
（MgCO3）
赤鐵礦（Fe2O3）
黃鐵礦（FeS2）
菱鐵礦（FeCO3）
磁鐵礦（Fe3O4）
黃銅礦
（CuFeS2）
孔雀石
[CuCO3·Cu(OH)2]
隕鐵：從外太空隕落到地面的含鐵較多的隕石或純鐵。隕鐵的使用始于4500多年前
馬踏飛燕
滄州鐵獅子
鋁制廚具
合金汽車
金屬材料的發(fā)展和應用
青銅時代
鐵器時代
鋁器時代
合金時代
人類使用金屬材料的先后順序
(可能改名為銅奔馬)
金屬材料的發(fā)展和應用
01
02
03
現階段
鐵年產量最大
鋁年產量第二
銅年產量第三
二、金屬的冶煉
定義：
實質：
方法：
將金屬從其化合物中還原出來的過程，工業(yè)上稱之為金屬的冶煉。
電解法、熱還原法、熱分解法、富集法。
金屬離子(Mn+)被還原的難易程度不同
或說，由于不同的金屬離子得電子的能力不同,所以冶煉的方法不同。
不活潑的金屬
K、Ca、Na、Mg、Al、
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、
Hg、Ag、Pt、Au
非常活潑的金屬
中等活潑的金屬
①富集法：
金、鉑在自然界以游離態(tài)存在，直接通過物理方法即可提取，如“沙土淘金”。
三、金屬冶煉的方法
不活潑金屬
②熱分解法：
③熱還原法：
鋁熱反應
三、金屬冶煉
不活潑金屬
相對不活潑金屬
常見的還原劑：C 、CO、H2、某些活潑金屬Al 等
鋁熱反應
現象：
1、鎂條劇烈燃燒
2、氧化鐵與鋁粉發(fā)生劇烈反應，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
原理：
鋁熱劑：鋁粉 + 金屬氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy等)
鋁與某些難熔金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高溫條件下發(fā)生的置換反應稱為鋁熱反應。
1、鋁熱反應需要高溫條件，是否還需要持續(xù)加熱？
鋁熱反應為放熱反應，放出的熱可以維持反應繼續(xù)進行，因此不需要持續(xù)加熱。
2、實驗中，鎂條、氯酸鉀的作用是什么？引發(fā)反應的操作是什么？
鎂條是引燃劑，氯酸鉀為助燃劑，點燃鎂條，促使氯酸鉀分解，釋放出氧氣，使鎂條更劇烈燃燒，單位時間內放出更多熱量，從而引發(fā)Al和Fe2O3發(fā)生反應。
3、蒸發(fā)皿中鋪少量細沙的作用是什么？
一是防止蒸發(fā)皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。
4、據反應原理，Fe2O3和Al的質量比為多少最好？
3∶1或鋁稍稍過量
應用：
反應特點：在高溫下進行，反應迅速并放出大量的熱，新生成的
金屬單質呈熔融態(tài)且易與Al2O3(固態(tài))分離。
①焊接鋼軌；
②定向爆破；
③冶煉熔點高的金屬（如鎢、釩、鉻、錳等）
Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
③熱還原法總結
鋁熱反應
鋁熱劑
引發(fā)操作
反應特點
反應應用
鋁和金屬氧化物在高溫下發(fā)生劇烈反應并放出大量熱的化學反應
鋁粉 + 金屬氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy)
在鋁熱劑上放KClO3，插入鎂條并將鎂條點燃
高溫引發(fā)后即可發(fā)生，不用持續(xù)加熱，放出大量的熱 3000°C
焊接鋼軌，冶煉高熔點，且活潑型比鋁差的金屬
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高溫
4Al+ 3MnO2 2Al2O3＋3Mn
高溫
其他特殊還原法冶煉金屬
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
將孔雀石和焦炭混合加熱煉銅。先將孔雀石[Cu2(OH)2CO3]加熱分解成黑色固體、水和二氧化碳三種氧化物，然后利用焦炭去高溫還原獲得金屬銅
Cu2(OH)2CO3==2CuO+CO2↑+H2O
△
2CuO+C==2Cu+CO2↑
高溫
①
②
MgCl2 (熔融) Mg＋Cl2↑
通電
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2↑
通電
2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2↑
通電
冰晶石
④電解法：
非常活潑金屬
近代1886年，美國大學生霍爾和法國大學生艾魯獨立研究電解制鋁。在實驗中霍爾發(fā)現向氧化鋁中加入冰晶石，可以將氧化鋁熔化的溫度從2050℃降到950℃。這一創(chuàng)新使人類可以大規(guī)模的生產鋁。
疑問：為什么不使用電解氯化鋁來制備鋁單質？
電解煉鋁法的流程具體是什么樣的呢？
鋁的生產原理
示意圖
鋁土礦
提純
氧化鋁
螢石
制備
冰晶石
石油焦
瀝青焦
制備
碳素電極
電解
液態(tài)鋁
鋁錠
氧化鋁的熔點高(2050℃)，加入冰晶石(Na3AlF6 )能夠溶解氧化鋁而又能降低其熔點，而且冰晶石在電解溫度下不被分解，并有足夠的流動性，有利于進行電解。
CaF2
Na3AlF6
六氟合鋁酸鈉
鋁土礦中提取鋁工藝路線
途徑一
Al2O3
Fe2O3
SiO2
Al3+、Fe3+
Fe(OH)3
AlO2-
Al(OH)3
加HCl后過
濾
SiO2
Al2O3
加NaOH后過濾
過量
CO2
灼燒
電解
Al
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O
FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl
HCl+NaOH=NaCl+H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
NaAlO2+H2O+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3
NaOH+CO2=NaHCO3
Al(OH)3 Al2O3+3H2O
加熱
Al2O3(熔融) 4Al+3O2
電解
鋁土礦中提取鋁工藝路線
金屬礦物的開發(fā)利用
途徑一
問題探討
不是NaHCO3而是Na2CO3。
不能，原因是Al3+與過量氨水反應生成Al(OH)3沉淀，達不到分離Al3+、Fe3+的目的。
能否用氨水代替NaOH 溶液
探討一
探討二
若將CO 的量改為“少量”，得到的產物還是NaHCO3嗎
鋁土礦中提取鋁工藝路線
金屬礦物的開發(fā)利用
途徑二
Al2O3
Fe2O3
SiO2
AlO2-、SiO2-3
H2SiO3
Al3+
Al(OH)3
NH3 H2O
加NaOH后過
濾
Fe2O3
Al2O3
加HCl后過
濾
灼燒
電解
Al
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
SiO2+2NaOH=NaSiO3+H2O
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl
NaAlO2+4HCl=NaCl+AlCl3+2H2O
NaOH+HCl=NaCl+H2O
AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl
HCl+NH3·H2O=NH4Cl+H O
Al(OH)3 Al2O3+3H2O
加熱
Al2O3(熔融) 4Al+3O2
電解
鋁土礦中提取鋁工藝路線
金屬礦物的開發(fā)利用
途徑一
問題探討
不合適，因為Al(OH)3能溶于NaOH。
不合適，因為過量CO2與NaAlO2、Na2SiO3反應生成Al(OH)3和H2SiO3沉淀，達不到分離SiO2和Al2O3的目的。
能否將將鹽酸改為CO2
探討一
探討二
將氨水改為“NaOH溶液”合適嗎
AlCl3是共價化合物，其熔融狀態(tài)不導電，不能電解制鋁。
探討三
冶煉金屬鋁能否用氯化鋁代替氧化鋁
試從能源消耗和環(huán)境污染兩個角度分析加強廢舊金屬回收利用的重要性
廢舊鋁質
飲料罐
液態(tài)
鋁
鋁
錠
高溫熔化
除雜
以廢舊飲料罐生產1 kg鋁消耗資源及能耗廢舊飲料罐1.01 kg，電能能耗≤3.35×106 J
以鋁土礦為原料生產1 kg鋁的資源及能耗
鋁土礦：4 kg　煤：0.5 kg　燃料油：0.25 kg
純堿：0.5 kg　石灰：0.5 kg　氟化鈣：0.04 kg
焙燒碳素：0.6 kg　冰晶石：0.03 kg
電能能耗≥6.7×107 J
用鋁土礦生產鋁，能耗高，資源消耗量大，在生產過程中會產生大量的廢氣、廢液及廢渣，對大氣水體及土壤會產生很大污染；
而用廢舊飲料罐生產鋁，能耗低，資源消耗量小，對環(huán)境污染很小，變廢為寶，既可以減少廢舊金屬對環(huán)境的污染還可以提高礦物有效利用率，是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。
合理開發(fā)和利用金屬礦物資源
地球上的金屬礦物資源是有限的，且分布不均。
人類通過金屬的冶煉，每年從自然界中提取數以億噸計的金屬，這個過程中會消耗許多能量，也易造成環(huán)境污染。而金屬腐蝕現象普遍存在，也造成了大量損失。
金屬保護刻不容緩
三、合理開發(fā)和利用金屬資源的原因及途徑
(1)_________________________；
(2)開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法；
(3)________________________；
(4)_______________________________；
(5)使用其他材料代替金屬材料。
提高金屬礦物的利用率
防止金屬的腐蝕
加強廢舊金屬的回收和再利用
（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.原因：
2.措施：
冶煉方法總結：
冶煉金屬常用以下幾種方法：
①以C、H2或CO作為還原劑還原法 ；②熱分解法 ；③電解法 ；④鋁熱法。
現冶煉下列金屬：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，試標明適宜的冶煉方法。
Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。
鉀 鈣 鈉 鎂 鋁 鋅 鐵 錫 鉛 (氫) 銅 汞 銀 鉑 金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
電解法
熱還原法
熱分解法
物理提取（富集）
資料1. 古代煉丹術家葛洪的《抱樸子》中記載有“丹砂燒之成水銀”；
唐代詩人劉禹錫在《浪淘沙九首》中有云：“日照澄洲江霧開,淘金女伴滿江隈。美人首飾侯王印,盡是沙中浪底來”；
北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗． 挹其水熬之，則成膽礬，烹膽礬則成銅；熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”. （火法煉銅） （濕法煉銅）
以上資料中涉及了哪些金屬的“冶煉”？
丹砂:HgS
銠極其稀有，銠具有高熔點和驚人的耐腐蝕能力。這種銀色屬通常因為其反射特性被使用。如今，它的價格大約是黃金的四倍。
特征：銀白色，堅硬，耐腐蝕
生產國：南非，俄羅斯，加拿大和其他生產國
用途：這種金屬通常用干照明行業(yè)，鏡子生產；在汽車行業(yè)中，用作催化劑，前照燈反射器它也被稱為珠寶，特別是“白金”的抗刮擦飾面。
世界上最昂貴的貴金屬
金屬銠
(1)在自然界中金屬元素都以化合態(tài)的形式存在(　　)
(2)利用化合物冶煉金屬時，金屬元素一定發(fā)生還原反應(　　)
(3)越活潑的金屬元素，人類利用的越晚(　　)
(4)用熱還原法冶煉金屬時，可以用H2將Mg從化合物中還原出來(　　)
(5)鋁熱反應的本質是用鋁將比鋁活潑性弱的金屬從其化合物中置換出來( )
(6)可以通過電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉(　　)
(7)可以通過電解熔融的MgO和AlCl3來制備金屬Mg、Al(　　)
×
√
×
√
×
×
√
判斷正誤
2.工業(yè)上常用電解法冶煉的金屬為( )
A.鎂 B.鐵 C.銅 D.銀
A
3.已知一些金屬的發(fā)現和使用與其金屬活動性有著必然的聯系。據此推測，下列事件發(fā)生在鐵器時代之前的是( )
A.金屬鈉的使用
B.青銅器的大量使用
C.海水提鎂
D.鋁熱法制鉻
B
4.鋁能用于冶煉熔點高的金屬(如V、Cr、Mn等)，用到的鋁的性質是( )
A.銀白色金屬
B.熔、沸點相對較低
C.導電、導熱性能好
D.還原性強，在反應中釋放出大量的熱
D
5.下列各組金屬最適合用H2或CO把它從化合物中還原出來的是( )
A.K、Mg B.Fe、Al
C.Fe、Cu D.Hg、Ag
C
6、鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。因此從鋁土礦中提Al2O3的流程可以設計成兩種方案。
上述過程殘渣和沉淀的化學式分別為_______、 _______前后濾液的主要陽離子的符號分別為_______________、_______寫出該過程①②離子方程式分別為 ①__________________________________________________________________ ② ；
a．酸溶法的工藝流程：
AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-
①
②
SiO2
Fe(OH)3
Al3+、Fe3+
Na+
Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O
Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O
上述過程殘渣和沉淀的化學式分別為_______、_______前后濾液的主要陽離子的符號分別為_______、_______寫出該過程①②離子方程式分別為①__________________________________________________________
_② _________________________；
反應③的化學方程式______________________________________________
b．堿溶法的工藝流程：
①
③
Na+
H2SiO3
Al3+
Fe2O3
SiO2＋2OH－=SiO32-＋H2O
②
生成的紅熱的鐵在掉落到蒸發(fā)皿的過程中，表面被空氣氧化為Fe3O4。
NaOH
第一節(jié)
自然資源的開發(fā)利用
第1課時
游離態(tài)
金屬元素在自然界中的存在形態(tài)
化合態(tài)
人類使用金屬材料的先后順序
金屬材料的發(fā)展和應用
金屬鋁冶煉歷程
金屬冶煉的一般方法
合理開發(fā)和利用金屬資源顯得尤為重要

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