資源簡介

(共26張PPT)
第八章 化學與可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
第1 課時 金屬礦物的開發利用
金屬元素在自然界的存在
游離態：
化合態：
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
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
含鐵、銅的礦物
赤鐵礦（Fe2O3）
磁鐵礦（Fe3O4）
菱鐵礦（FeCO3）
黃銅礦CuFeS2
孔雀石CuCO3·Cu(OH)2
黃鐵礦
FeS2
含鐵、銅的礦物
鋁礦
主要有鋁土礦(Al2O3·H2O；Al2O3·3H2O)和明礬[K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3]
鋁土礦
明礬石礦
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。那么人們是如何獲得金屬單質？金屬礦物又是如何開發和利用的呢？
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
金屬冶煉
用化學的方法把化合態的金屬變成游離態金屬
即：Mn+ + ne- M
1、金屬的冶煉:
即，用還原的方法，使化合態的金屬陽離子得到電子形成金屬單質
金屬離子(Mn+)被還原的難易程度不同
2.為什么不同金屬的冶煉方法不同？
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
金屬冶煉的原理與方法
Au Pt Ag Hg Cu Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K
① 物理提取法
② 熱分解法
2HgO====== 2Hg ＋ O2 ↑
加熱
2Ag2O ===== 4Ag＋O2 ↑
加熱
③ 熱還原法
Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2
高溫
2CuO + C ====== 2Cu +CO2↑
高溫
2CuO + H2 ====== 2Cu +H2O
Fe2O3＋2Al ===== 2Fe＋ Al2O3
④ 電解法
2Al2O3 (熔融) ===== 4Al ＋ 3O2 ↑
電解
冰晶石
MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑
電解
2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑
電解
金屬活動性漸強
1、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”；
2、古代煉丹術家葛洪的《抱樸子》中記載有“丹砂燒之成水銀”；
丹砂:HgS
K、Ca、Na、Mg、Al、
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、
Hg、Ag、Pt、Au
3、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”
10.在西漢劉安組織編撰的《淮南萬畢術》中，有“曾青得鐵則化為銅”的記載。這說明早在西漢時期，我國勞動人民就已經發現鐵能從某些含銅(+2價)化合物的溶液中置換出銅，這個反應是現代濕法冶金的基礎。下列關于該反應的說法中，不正確的是( )。
A.該反應說明鐵的金屬活動性比銅的強
B.該反應的離子方程式為: Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+
C.該反應屬于氧化還原反應，反應中鐵被氧化
D.該反應說明金屬單質都能與鹽發生反應
濕法煉銅 第一冊課本P32 T10
練習 第二冊課本P125 T8
8.孔雀石的主要成分為CuCO3·Cu(OH)2。某同學設計的從孔雀石中提取銅的方案如下:
①將孔雀石粉碎后，加入過量的稀硫酸;
②將反應后的混合物過濾;
③向濾液中加入一種金屬粉末。
請根據上述實驗方案回答下列問題。
（1）①中可觀察到的現象是什么
（2）③中加人的金屬粉末可以是什么 請說明理由。
（3）設計從濾液中獲得銅的另外一種方案。
火法煉銅 第二冊課本P105 T3
火法煉鉛、錫、鎢；濕法煉鈾第二冊課本P105 T2
3.藍銅礦的主要成分為2CuCO3·Cu(OH)2,將它與焦炭一起加熱時，可以生成Cu、CO2和H2O。請寫出該反應的化學方程式，并注明反應類型。
2.完成下列反應的化學方程式，并指明其中的氧化劑和還原劑。
高爐煉鐵 第二冊課本P122 T8
8.某地區已探明蘊藏著豐富的赤鐵礦（主要成分為Fe2O3，還含有SiO2等雜質）、煤、石灰石和黏土。現擬在該地區建設大型煉鐵廠。
(1)隨著鐵礦的開發和煉鐵廠的建立，需要在該地區相應建立焦化廠、發電廠、水泥廠等，形成一定規模的工業體系。請據此確定下圖中相應工廠的名稱: A 、B 、
C 、D 。
(2)以赤鐵礦為原料，寫出高爐煉鐵過程中得到生鐵的化學方程式。
(3)從“三廢”利用和環境保護等角度考慮，該地區的企業在生產中應采取哪些措施(寫出兩種措施即可)
火法煉鋅 第一冊課本P31 T5
5.在明代宋應星所著的《天工開物》中，有關于火法煉鋅的工藝記載:“每爐甘石十斤，裝載入一泥罐內，……然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發火煅紅，罐中爐甘石熔化成團。冷定毀罐取出。……即倭鉛也。……以其似鉛而性猛，故名之日‘倭’云。”(注:爐甘石的主要成分是碳酸鋅。)
(1)請完成上述火法煉鋅反應的化學方程式:
(2)在該反應中，還原劑是 (填化學式，下同),被還原的是 。
鋁熱反應
現象：1、鎂條劇烈燃燒
2、氧化鐵與鋁粉發生劇烈反應，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)在高溫條件下發生的置換反應稱為鋁熱反應。
CaF2
Na3AlF6
寫出課本圖8-2有關反應的化學方程式或離子方程式。
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
2NaOH+Al2O3+3H2O=2Na[Al(OH)4]
CaCO3=== CaO+CO2↑
[Al(OH)4]-+CO2==Al(OH)3↓+HCO3-
高溫
2Al(OH)3==Al2O3+3H2O
【問題1】回憶如何制備金屬鈉？
適合冶煉活動性很強的金屬K~Al（排在Zn前）
消耗大量的電能，成本較高
【問題2】這種方法適用于什么類型的金屬的冶煉？
【問題3】用這種方法冶煉金屬有什么缺點？
(4)電解法——適用于很活潑的金屬（K Ca Na Mg Al ）
①制Mg：______________________。
②制Al：_______________________。
③制Na：_______________________。
注：
①“熔融” 而不是水溶液。
②必須是離子化合物，
共價化合物熔融不導電。
思考：冶煉金屬鋁時為啥要定期更換碳素電極？
高溫下，碳會被氧氣氧化
冶煉鈉能否用飽和食鹽水呢？
請根據以上轉化關系填寫下列空白。
(1)氯化鈉溶液通電后，發生反應的離子方程式為 ；
氫氣在氯氣中燃燒的現象是 。
(2) Cl2與Ca(OH)2反應的化學方程式為 ，從氧化劑和還原劑的角度分析，該反應中Cl2的作用是 。
5.NaCl是一種化工原料，可以制備多種物質，如下圖所示。
金屬冶煉的原理與方法
Au Pt Ag Hg Cu Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K
① 物理提取法
② 熱分解法
2HgO====== 2Hg ＋ O2 ↑
加熱
2Ag2O ===== 4Ag＋O2 ↑
加熱
③ 熱還原法
Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2
高溫
2CuO + C ====== 2Cu +CO2↑
高溫
2CuO + H2 ====== 2Cu +H2O
Fe2O3＋2Al ===== 2Fe＋ Al2O3
④ 電解法
2Al2O3 (熔融) ===== 4Al ＋ 3O2 ↑
電解
冰晶石
MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑
電解
2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑
電解
金屬活動性漸強
練習與應用
9.以金紅石（主要成分為TiO2）為原料生產鈦的步驟主要有:
①在高溫下，向金紅石與焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一種可燃性氣體;
②在稀有氣體（如氬）氛圍和加熱的條件下，用鎂與TiCl4反應可得到鈦。
請寫出上述兩步反應的化學方程式，并分析步驟②中稀有氣體氛圍的作用。
7.工業上以鋁土礦(主要成分可表示為Al2O3·nH20) 為原料生產鋁，主要包括下列過程:
①將粉碎、篩選后的鋁土礦溶解在NaOH溶液中;
②通人過量CO2,使①所得溶液中析出Al(OH)3固體;
③使Al(OH)3脫水生成Al2O3;
④電解熔融Al2O3生成鋁。
請寫出上述各有關反應的化學方程式，并推測哪一步轉化過程消耗的能量最多，為什么
海水提鎂 的最后一步
6.鎂及其合金是用途很廣的金屬材料，可以通過以下步驟從海水中提取鎂。
(1)為了使MgSO4轉化為Mg(OH)2, 試劑①可以選用 ;要使MgSO4完全轉化為沉淀,
加入試劑①的量應
(2)加入試劑①后，能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法是 。
(3)試劑②可以選用 。
(4)無水MgCl2在熔融狀態下，通電后會產生Mg和Cl2,該反應的化學方程式為 。
遷移應用
7.制取非金屬單質(如O2、Br2和CI2等)與制取金屬單質的化學原理類似，也是主要利用氧化還原反應，采用熱分解、置換、電解等方法，使非金屬元素由化合態轉變為游離態。請結合具體實例，寫出有關反應的化學方程式。
學習評價1：概念辨析
1.判斷正誤
(1)在自然界中金屬元素都以化合態的形式存在(　　)
(2)利用化合物冶煉金屬時，金屬元素一定發生還原反應(　　)
(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(　　)
2.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
②
④
3、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：
[Al(OH)]4－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-
①
②
SiO2
Fe(OH)3
Al3+ Fe3+
Na+
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
學習評價2：模型應用-提升練習
b．堿溶法的工藝流程：
①
②
③
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
_____________________________________________________________
_____________________________；
反應③的化學方程式_______________________________
Fe2O3
H2SiO3
Na+
Al3+
SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O
THANKS

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