資源簡介

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第八章
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
化學與可持續發展
PART 01
金屬礦物的開發利用
01
金屬礦物的開發利用
一、自然界礦物中的金屬元素存在形態
天然金Au
天然鉑Pt
赤鐵礦Fe2O3
藍銅礦Cu3[CO3]2(OH)2
螢石CaF2
01
金屬礦物的開發利用
一、自然界礦物中的金屬元素存在形態
金屬活動性順序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金屬活潑性逐漸減弱
化合態
游離態
01
金屬礦物的開發利用
二、金屬的冶煉
合理、高效地開發利用金屬礦物，將其中的金屬從其化合物中還原出來，用于生成各種金屬材料,這一過程在工業上稱為金屬的冶煉。
1.定義
2.實質
冶煉金屬的實質是利用氧化還原反應，使金屬化合物中的金屬陽離子得到電子變成金屬單質。
（化合態）Mn+
得電子
M（游離態）
（被還原）
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
思考：金屬采用什么樣的冶煉方法，取決于金屬哪方面的性質？
在進行金屬冶煉時，根據金屬活潑性的不同，采用不同的冶煉方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
1.物理法
對于鉑和金，自然界中主要以游離態存在，可以通過物理方法將其分離出來（如浮選法淘金）。
千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。
美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來。
——劉禹錫《浪淘沙》
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
2.熱分解法
對于汞、銀等不活潑金屬，可以直接用加熱分解的方法將它們從其化合物中還原出來。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
2HgO══2Hg+O2↑ 2Ag2O══4Ag+O2↑
△
△
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
3.熱還原法
對于鋅和銅之間的大部分金屬的冶煉都是通過在高溫下發生的氧化還原反應來完成的，常用的還原劑如焦炭、CO、H2等，如高爐煉鐵。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
3CO+Fe2O3══2Fe+3CO2
高溫
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
3.熱還原法
一些活潑金屬也可以作為金屬冶煉的還原劑，如鋁熱反應。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
2Al+Fe2O3══2Fe+Al2O3
高溫
4Al+3MnO2══3Mn+2Al2O3
高溫
鋁熱反應實驗裝置
01
金屬礦物的開發利用
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
3.熱還原法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
實驗現象：鎂條劇烈燃燒，放熱，發出耀眼的白光，紙漏斗內劇烈反應，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中，可被磁鐵吸引。
各部分作用：鎂條——引燃劑、氯酸鉀——助燃劑、細沙——防止蒸發皿炸裂及生成的熔融物濺出
應用：冶煉釩、鉻、錳等等高熔點金屬，焊接鋼軌，穿甲彈
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
4.電解法
對于一些非常活潑的金屬，采用一般的還原劑很難將它們從其化合物中還原出來，工業上常用電解法冶煉。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
2NaCl(熔融)══2Na+Cl2↑ MgCl2(熔融)══Mg+Cl2↑
電解
電解
2Al2O3(熔融)═══4Al+3O2↑
電解
冰晶石
01
金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
4.電解法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
物質 MgCl2 MgO AlCl3 Al2O3
熔點/℃ 714 2852 190 2054
結合以上物質的熔點，思考：冶煉鎂為什么是電解熔融氯化鎂？冶煉鋁為什么是電解熔融氧化鋁？冰晶石的作用是什么？
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金屬礦物的開發利用
三、金屬冶煉的方法
5.置換法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
濕法煉銅：Fe+CuSO4══FeSO4+Cu
鈦的冶煉：4Na+TiCl4══Ti+4NaCl
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金屬礦物的開發利用
四、金屬礦物資源的開發和利用措施
計算表明，生產1 mol 鋁消耗的電能至少為1.8 ×106J，回收鋁質飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過對上述數據的分析和對比，你想到了什么？
01
金屬礦物的開發利用
四、金屬礦物資源的開發和利用措施
1.提高金屬礦物的利用率;
2.開發環保高效的金屬冶煉方法;
3.防止金屬的腐蝕;
4.使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量;
5.加強廢舊金屬的回收和再利用。
PART 02
課堂總結
02
課堂總結
這堂課學到了什么？
PART 03
課后作業
03
課后作業

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