資源簡介

(共20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
課時1 金屬礦物的開發利用
課堂導入
金礦
鉑礦
赤鐵礦(Fe2O3)
黃銅礦(CuFeS2)
鋁土礦(Al2O3)
菱鎂礦(MgCO3)
黃鐵礦(FeS2)
我們在生活中常接觸到哪些金屬，他們在自然界中以什么形式存在？
除金、鉑之外，絕大多數金屬以化合態存在于自然界中。
那如何得到金屬單質呢？
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金屬礦物的開發利用
+ne-
得電子，被還原
Mn+
M
由化合態(化合物)制備游離態 (單質)
除去雜質
提高金屬的比例
制備高純度的金屬
金屬的冶煉：將金屬從其化合物中還原出來用于生產和制造各種金屬材料的過程。
實質：用還原劑使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。
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金屬礦物的開發利用
金屬的冶煉具有十分悠久的歷史，在不同時期，人類對金屬材料的使用也不相同，根據下圖中人類冶煉金屬的歷史時間，你能總結出金屬材料的發現和利用有什么規律嗎？
主要影響因素為金屬的存在形式和金屬的活潑性。金屬越活潑，還原性越強，離子氧化性越弱，得電子能力越弱，越難被還原，被發現和使用的時間便越晚。
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金屬礦物的開發利用
你了解的金屬冶煉有哪些方法，對于活潑性不同的金屬(例如金屬活動性順序表中涉及到的十四種金屬)，冶煉方法會是相同的嗎？
在之前我們對鈉及其化合物、鐵及其化合物的相關知識進行了學習，了解到鈉的冶煉需要使用電解法、鐵的冶煉方法為高爐煉鐵，這也說明了金屬越活潑，越難冶煉，根據金屬元素活潑性的不同，金屬冶煉的方法必然也不相同。
針對金、鉑等自然界中以游離態存在的金屬，采用物理方法(富集法)便可收集，如古人沙里淘金便是利用密度差異。
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金屬礦物的開發利用
對一些不活潑的化合態存在的金屬，如Hg、Ag，一般采用熱分解法冶煉。
對于活潑性略強的一些金屬(如鐵和銅)，應當如何冶煉？
汞的冶煉：2HgO = 2Hg + O2↑
銀的冶煉：2Ag2O = 4Ag + O2↑
熱還原法：利用還原性物質(C、CO、H2等)將金屬還原出來。
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金屬礦物的開發利用
除了常見的還原性氣體之外，一些活潑金屬也具備較強的還原性，可以作為還原劑將相對不活潑的金屬置換出來，例如鋁。
鋁熱反應：鋁和金屬氧化物在高溫下發生劇烈反應并放出大量熱的化學反應。
鋁熱劑：鋁和金屬氧化物的混合物；
鎂條：燃燒時釋放大量熱，提供反應條件；
氯酸鉀：助燃劑，產生氧氣以達到助燃效果。
鋁熱反應置換鐵單質：2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3
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金屬礦物的開發利用
4Al + 3MnO2 = 3Mn + 2Al2O3
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
10Al + 3V2O5 = 6V + 5Al2O3
實驗現象：
鎂條劇烈燃燒，鋁熱劑發生劇烈反應，放出大量的熱，并發出耀眼的白光，紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙子中，冷卻后變為黑色固體。
實際應用：修復鐵軌，冶煉金屬，制作鋁熱彈等。
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金屬礦物的開發利用
對于鈣、鈉、鎂、鋁等非常活潑金屬，還原劑很難將其從化合物中還原出來，所以一般采用電解法冶煉。
冰晶石：化學式為Na3AlF6，可以降低氧化鋁的熔點。
鈣的冶煉：CaCl2(熔融) = Ca + Cl2↑
鈉的冶煉：2NaCl(熔融) = 2Na + Cl2↑
鎂的冶煉：MgCl2(熔融) = Mg + Cl2↑
鋁的冶煉：2Al2O3(熔融) = 4Al + 3O2↑
雖然電解法可以制備K單質，但工業上常用鈉鉀置換制備(熔融態)：
Na + KCl K↑ + NaCl
鉀的沸點：759℃，鈉的沸點：881℃
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金屬礦物的開發利用
AlCl3屬于共價化合物，熔融狀態下不能電離出陰陽離子，不導電，無法電離。
MgO是離子化合物，為什么冶煉鎂時電解 MgCl2而不是 MgO呢？
這是因為MgO的熔點為2852℃，MgCl2的熔點為118℃，MgO的熔點較高，冶煉時成本也較高。
為什么冶煉鋁時不采用電解熔融AlCl3的方法，而選擇電解Al2O3？
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金屬礦物的開發利用
通過這樣的三句古語，我們還可以使用什么樣的方法冶煉金屬？
“曾青得鐵則化為銅”
——西漢淮南王劉安《淮南萬畢術》
“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅。”
——晉代的葛洪《抱樸子內篇·黃白》
“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。”
——北宋科學家沈括《夢溪筆談》
對于不同金屬，往往有不同的方法，如銅的冶煉還有濕法煉銅和火法煉銅。
濕法煉銅：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
火法煉銅：Cu2S + O2 = 2Cu + SO2
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金屬礦物的開發利用
生產1mol鋁消耗的電能至少為 1.8×106J，而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，你能想到什么，我們又該如何合理地開發和利用金屬資源呢？
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，對環境污染很小，變廢為寶，既可以減少廢舊金屬對環境的污染，還可以提高礦物的有效利用率，是可持續發展的必然要求。
合理開發利用金屬資源的途徑：
提高金屬礦物的利用率；
開發環保高效的金屬冶煉方法；
防止金屬的腐蝕；
加強廢舊金屬的回收和再利用；
使用其他材料代替金屬材料。
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正誤判斷
1. 越活潑的金屬，人類對其的利用越晚。
4. 可以通過電解金屬氯化物的方式制備鎂、鋁等金屬。
2. 可以通過電解氯化鈉溶液的方法制取金屬鈉。
3. 對金屬進行冶煉時，金屬元素一定發生還原反應。
√
×
√
×
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已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間,則下列能冶煉出金屬鋰的方法是 ( )
A.電解法 B.熱還原法
C.熱分解法 D.鋁熱法
A
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西漢劉安所著的《淮南萬畢術》中有“曾青得鐵,則化為銅,外化而內不化”，該反應被認為是現代濕法冶金術之祖。下列說法正確的是 ( )
A.硫酸銅晶體的化學式為CuSO4·5H2O,是混合物
B.“內不化”是因為內部的鐵活潑性比表面的鐵活潑性差
C.上述反應的離子方程式為2Fe + 3Cu2+ = 2Fe3+ + 3Cu
D.“化為銅”表明發生的是氧化還原反應
D
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冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑；②電解法；③熱分解法。
下列金屬各采用哪種方法？
(1) Fe、Zn、Cu等相對較活潑金屬：____(填序號,下同)。
(2) Na、Mg、Al等活潑金屬：______。
(3) Hg、Ag等不活潑金屬：_____。
①
②
③
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鋁土礦中除了氧化鋁外，還含有氧化鐵、氧化鎂、二氧化硅等雜質(其他雜質忽略不計)，你能設計流程從鋁土礦中冶煉得到鋁單質嗎？
酸溶法
課堂鞏固
還有沒有其他方法能夠提取出來鋁土礦中的鋁單質，請仿照酸溶法設計相關冶煉流程。
堿溶法
課堂小結
謝謝觀看
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