資源簡介

(共41張PPT)
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
第八章 化學與可持續發展
金屬礦物的開發利用
01
鋁熱反應與金屬資源的利用
02
學習目標
1.通過聯系舊知、歸納總結，認識金屬冶煉的原理和冶煉方法，理解氧化還原反應在金屬礦物開發中的應用，構建金屬冶煉的思維模型。
2.通過討論交流、數據分析，以鋁的冶煉為例，了解金屬冶煉成本的計算方法，認識合理開發和利用金屬資源的重要性和必要性。
3.通過資料收集、閱讀思考，能從化學的角度分析從自然資源到產品的轉化途徑，認識化學方法在實現物質轉中的作用和貢獻，感受化學科學在生產、生活中的應用價值。
金屬材料是當前乃至未來人類發展與生存的重要物質基礎，你知道拿破侖三世的刀叉具和紐扣為什么都用鋁制造嗎？筵席上，他為什么為多數客人提供金餐具，而只讓少數客人使用鋁餐具呢？
金屬礦物的開發利用
金屬礦物的開發利用
任務一、認識金屬礦物與自然資源
學生活動1：閱讀教材P98頁第一自然段，結合“資料卡片”內容，思考
自然資源與可持續發展有何關系？
①自然資源是指在一定時間、地點的條件下能夠產生經濟價值的，以提高人類當前和將來福利的自然環境因素和條件的總稱。根據氣能否再生可以分為可再生資源和不可再生資源。
②可持續發展的目標是滿足人類需要，強調人類的行為要受到自然界的制約、強調代際之間、人類和其它生物種群之間、不同國家和不同地區之間的公平。它包括經濟的可持續發展，社會的可持續發展、資源可持續發展、環境可持續發展和全球可持續發展。
金屬礦物的開發利用
任務一、認識金屬礦物與自然資源
學生活動2：結合所學知識，思考金屬在自然界的存在有何特點和規律？
①地球上的金屬資源廣泛存在于地殼和海洋中，極少數的不活潑金屬(金、鉑等)以游離態的形式存在:
金 Au
銀 Ag
鉑 Pt
金屬礦物的開發利用
任務一、認識金屬礦物與自然資源
學生活動2：結合所學知識，思考金屬在自然界的存在有何特點和規律？
②除了金、鉑外，絕大多數金屬以化合物形式存在，人類很早就使用金作為貨幣。
赤鐵礦Fe2O3
菱鐵礦FeCO3
磁鐵礦Fe3O4
黃鐵礦FeS2
③在地殼中，含量最高的金屬元素是鋁，其次是鐵。人類最早使用的金屬是銅（青銅器時代），其次是鐵。銅的使用結束了漫長的“石器時代”，鐵的使用推動了人類文明的進步。
金屬礦物的開發利用
任務一、認識金屬礦物與自然資源
學生活動2：結合所學知識，思考金屬在自然界的存在有何特點和規律？
鋁土礦Al2O3
明礬石KAl(SO4)·12H2O
黃銅礦CuFeS2
輝銅礦Cu2S
孔雀石Cu2(OH)2CO3
軟錳礦(MnO2)
【典例1】中國高鐵是一張國家名片，工業中常利用赤鐵礦來煉鐵，下
列說法中正確的是（ ）
A．地殼中含量最高的金屬元素是鐵元素
B．高爐煉鐵得到的產品是純鐵
C．煉鐵過程中，氧化鐵體現了還原性
D．高爐煉鐵時加入石灰石可將雜質二氧化硅轉化為爐渣
對應訓練
【解析】A、地殼中含量前四位的元素（由高到低）為：O、Si、Al、Fe，則含量最高的金屬元素是鋁，錯誤；B、高爐煉鐵得到的鐵中含有雜質，屬于混合物，不是純鐵，錯誤；C、工業中通過赤鐵礦煉鐵的原理為Fe2O3與CO在高溫下反應產生Fe，CO將氧化鐵還原為鐵，體現了還原性，錯誤；D、石灰石的主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣能與雜質二氧化硅結合生成爐渣CaSiO3，達到除雜的目的，正確。
D
【典例2】下列說法不正確的是（ ）
A．目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的
B．合金的熔點一般比其成分金屬的熔點高
C．青銅是我國使用最早的合金材料，目前世界上使用量最大的合金材
料是鋼鐵
D．鋁比鐵活潑，但在空氣中鋁制品比鐵制品耐腐蝕
對應訓練
【解析】A．硬幣是由不銹鋼、鐵芯鍍銅、鐵芯鍍鎳等合金材料制造的，A正確；B．合金的熔點一般比其成分金屬的熔點低，硬度大，B錯誤；C．青銅是我國使用最早的合金材料，商朝的司馬鼎等，目前世界上使用量最大的合金材料是鋼鐵，C正確；D．雖然鋁的金屬活動性大于鐵的，但鋁表面容易被空氣氧化為致密的氧化物薄膜，從而使其更耐腐蝕，D正確；故選B。
B
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
金屬材料的發展和應用
馬踏飛燕
（現已成為我國旅游標志）
青銅時代
滄州鐵獅子
鐵器時代
鋁制廚具
鋁器時代
合金汽車
合金時代
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動1：閱讀教材P98頁第二自然段，思考什么是金屬的冶煉？結合
氧化還原反應原理，回答金屬冶煉的實質是什么？
①金屬冶煉是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。
②金屬冶煉的實質是根據氧化還原反應，使金屬礦物中的金屬陽離子得到電子生成金屬單質的過程：Mn＋＋ne－===M，即金屬元素被還原的過程。
火法煉鐵
濕法煉銅
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
Fe+CuSO4 Cu+FeSO4
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動2：金屬的冶煉方法與金屬活潑性有何關系？為什么不同的金
屬的冶煉方法不同？
①不同金屬離子的氧化性不同,越不活潑的金屬,其離子的得電子能力越強,即氧化能力越強，其金屬冶煉越容易;越活潑的金屬，其離子得電子能力越弱，冶煉也越難。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金屬活動性（還原性）逐漸減弱，
金屬簡單陽離子的得電子能力（氧化性）逐漸增強
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動2：金屬的冶煉方法與金屬活潑性有何關系？為什么不同的金
屬的冶煉方法不同？
②在金屬活動性順序表中,金屬的位置越靠后，越容易被還原,用一般的還原方法就能使金屬還原;金屬的位置越靠前,越難被還原,最活潑金屬只能用最強的還原手段來還原。
【溫馨提示】金屬活動性順序表中，金屬的位置越靠后，金屬陽離子的氧化性越強，越容易被還原，用一般的還原方法就能使金屬離子還原，人們開發利用的時間就較早。同理，金屬的位置越靠前，人們開發利用的時間就較晚。
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
①根據金屬的的活潑性不同選擇金屬的冶煉方法如下表：
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】活潑金屬
【熱還原法】中等活潑金屬
【熱分解法】不活潑金屬
【物理提取】最不活潑金屬
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
1.電解法實例 ：
①制Na：
②制Mg：
③制Al：
2Al2O3(熔融)===== 4Al + 3O2↑
電解
冰晶石
2NaCl(熔融) ==== 2Na + Cl2↑
電解
MgCl2(熔融) ==== Mg + Cl2↑
電解
【溫馨提示】工業上冶煉鎂是電解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔點比MgCl2的高，冶煉鋁是電解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共價化合物，熔融狀態下不導電。
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
2.熱還原法實例 ：
① 火法煉銅：用礦(硫化礦，主要成分為Cu2S)二百五十籮……入大旋風爐，連烹(灼燒) 三日三夜，方見成銅。——明·陸容《菽園雜記》
Cu2S+O2 ==== Cu + SO2
高溫
CuO+H2 ==== Cu + H2O
高溫
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
②高爐煉鐵：
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高溫
產品為生鐵（不純），含有2%～4.3%的碳及少量磷和硫的鐵合金，硬而脆，不利于加工。
古代
現代
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
3.熱分解法實例 ：
① 金屬汞冶煉：
2HgO 2Hg＋O2↑
加熱
② 金屬銀冶煉：
2Ag2O 4Ag＋O2↑
加熱
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
4.物理方法—富集法 適用于極不活潑的金屬（如：鉑Pt、金 Au ）
淘沙金（密度不同）
《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
金屬礦物的開發利用
任務二、探究金屬的冶煉
學生活動3：結合金屬冶煉的原理，思考如何根據金屬的活潑性不同選
擇不同的金屬冶煉方法？
②金屬冶煉的三個步驟及目的：礦石富集（除雜、提高礦石中有效成分含量）→金屬冶煉（適當還原劑將金屬化合物還原成金屬單質）→金屬精煉（加如試劑除雜或電解精煉，得純金屬）。
【溫馨提示】電解法冶煉較活潑金屬時，電解的是熔融的金屬化合物，而不是金屬化合物的水溶液，否則陰極放電的是H＋，得不到金屬單質。
【典例1】《天工開物》中述及銅的開采與冶煉：凡銅砂……淘洗去土
滓，然后入爐煎煉，其熏蒸旁溢者為自然銅……色似干銀泥……凡銅
質有數種：有與鉛同體者，其煎煉爐法，傍通高低二孔，鉛質先化，
從上孔流出。下列有關說法錯誤的是 （ ）
A．“淘洗去土滓”屬于原料的富集 B．煉制所得自然銅為合金
C．銅與鉛混合物的分離過程利用了物質的熔點不同
D．可用熱分解法冶煉銅
對應訓練
【解析】“淘洗去土滓”，使礦石和土分離屬于原料的富集，A正確；純銅為紅色，“自然銅……色似干銀泥”為合金，B正確；銅與鉛混合物的分離過程中，鉛質先熔，從上孔流出，利用了物質的熔點不同，C正確；不能用熱分解法冶煉鋼，可用熱還原法冶煉銅，D錯誤；答案選D。
D
【典例2】冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法，②水煤氣（或H2
或CO）法，③活潑金屬置換法，④電解法。四種方法在工業上均有應
用。古代有（Ⅰ）火燒孔雀石法煉銅，（Ⅱ）濕法煉銅，現代有（Ⅲ）
鋁熱法煉鉻，（Ⅳ）從光鹵石（KCl MgCl2 6H2O）中煉鎂，對它們的
冶煉方法分析不正確的是（　 ）
A.（Ⅰ）用① B.（Ⅱ）用②　 C.（Ⅲ）用③ D.（Ⅳ）用④
對應訓練
B
【解析】選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態及金屬的活動性。(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3 2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO 2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3 Al2O3＋2Cr，符合③；(Ⅳ)：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2：MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑，符合④。
加熱
高溫
高溫
電解
鋁熱反應與金屬資源的利用
鋁熱反應與金屬資源的利用
任務一、探究鋁熱反應的原理及應用
鋁熱反應與金屬資源的利用
任務一、探究鋁熱反應的原理及應用
學生活動1：結合下表中的實驗操作為此實驗（鋁熱反應），觀察實驗
現象，分析實驗原理。
實驗現象
實驗原理
實驗結論
實驗操作
①鎂條劇烈燃燒；②氧化鐵粉末和鋁粉發生劇烈的反應；③反應放出大量的熱，并發出耀眼的白光；④紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。
在高溫下，鋁與Fe2O3發生反應，放出大量的熱
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高溫
鋁熱反應與金屬資源的利用
【溫馨提示】①鎂帶的作用是燃燒放出的熱量引燃鋁熱反應（引燃劑），要打磨干凈表面的氧化膜，否則難以點燃；②氯酸鉀作用對鎂的燃燒起助燃作用（助燃劑）。③內層濾紙要用水潤濕，以防止紙漏斗燃燒。④蒸發皿中的細沙要適量，既要防止蒸發皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人。⑤氧化鐵粉末與鋁粉要選擇干燥的，鋁粉要用沒有被氧化的，氧化鐵粉末與鋁粉兩者要混合均勻，以保證氧化鐵與鋁都完全反應。
任務一、探究鋁熱反應的原理及應用
學生活動1：結合下表中的實驗操作為此實驗（鋁熱反應），觀察實驗
現象，分析實驗原理。
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高溫
鋁熱劑。鋁是還原劑，把其中的金屬還原成單質
鋁熱反應與金屬資源的利用
任務一、探究鋁熱反應的原理及應用
學生活動2：結合上述實驗，思考什么是鋁熱反應及鋁熱劑？鋁熱反應
在工業上有哪些重要應用？
① 冶煉高熔點金屬，如鉻、錳、鎢、釩等
② 金屬焊接，如焊接鋼軌
3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3
高溫
Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3
高溫
對應訓練
【解析】A．有單質Al參加反應，生成物中有單質Fe，屬于置換反應，故A正確； B．有熔融鐵珠生成能夠說明該反應是放熱反應，反應放出的熱量使鐵呈熔融狀態，故B正確；C．該反應的化學能不能全部轉化為熱能，也有一部分轉化為光能等，故C錯誤；D．該反應為放熱反應，反應物斷鍵吸收的能量低于生成物成鍵釋放的能量，故D正確；故答案為C。
【典例1】野外焊接鋼軌常用如圖所示裝置，鎂條引燃混合物后，反應非
常劇烈，火星四射，有熔融鐵珠落入沙子中。下列敘述錯誤的是（ ）
A．該反應屬于置換反應
B．有“熔融鐵珠”生成說明該反應為放熱反應
C．該反應的化學能全部轉化為熱能
D．該反應中斷鍵吸收的能量小于成鍵釋放的能量
C
對應訓練
【解析】①金屬的冶煉都是把化合態的金屬從化合物中還原出來，①錯誤；②銀的活潑性較弱，常采用加熱分解氧化銀的方法制取單質銀，②正確；③氯化鋁是共價化合物，常采用電解熔融氧化鋁的方法制取單質鋁，③錯誤；④鋁熱反應的原理是利用鋁作還原劑，置換出比Al活潑性弱的金屬，④正確；因此①③錯誤，B項符合題意。
【典例2】下列有關金屬冶煉的說法錯誤的是（ ）
①金屬的冶煉都是把金屬單質從其礦物中分離出來
②可以采用加熱分解氧化銀的方法制取單質銀
③可以采用電解熔融氯化鋁的方法制取單質鋁
④鋁熱反應的原理是利用鋁作還原劑，置換出相對不活潑的金屬
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
B
鋁熱反應與金屬資源的利用
任務二、合理利用金屬資源
學生活動1：閱讀教材P99頁第一自然段，回答開發和利用金屬礦物資
源的原因及措施是什么？
①原因：地球上金屬礦物資源有限，且分布不均；金屬冶煉消耗很多能量；金屬冶煉造成環境污染。而金屬腐蝕現象普遍存在，也造成了大量損失。
據估計一些礦物可供開采年限
②措施：提高金屬礦物的利用率；使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量；加強金屬資源的回收和再利用；開發環保高效的金屬冶煉方法；防止金屬的腐蝕等。
鋁熱反應與金屬資源的利用
任務二、合理利用金屬資源
學生活動2：根據教材P99頁“思考與討論”，結合數據及圖8-1和圖8-2
的分析和比較，思考在利用金屬資源的過程中要注意哪些問題？
①廢鋁的回收和再利用。一是可以節約大量的鋁土礦資源；二是可節約大量能源，三是可減少鋁工業的污染物排放，使環境得到保護等。
②樹立金屬垃圾也是一種寶貴資源的理念。在日常生活中，要大力倡導金屬垃圾的分類回收和再利用，養成自覺珍惜自然資源、節約資源、愛惜環境和保護環境的意識。
③實際工業生產中，必須考慮廢棄物的處理和生產對環境的影響，形成綠色化學觀念和可持續發展意識。
對應訓練
【解析】A．越活潑的金屬，其冶煉難度越大，故A正確；B．氧化鋁熔點很高，電解需要大量的熱量，需要更多的燃料，因此成本高，故B正確；C．冶煉鋁的方法只能是電解法，故C錯誤；D．還未找到良好的助熔劑，不能在較低的溫度下熔化，因此需要大量的熱能使其熔化，故D正確。綜上所述，答案為C。
【典例1】鋁曾是比黃金還要貴重的金屬。1885年建成的華盛頓紀念碑，
其頂端就是一塊當時很昂貴的金屬鋁。下列關于當時鋁的價格高昂的
原因分析中，錯誤的是（ ）
A．活潑的金屬冶煉難度高
B．氧化鋁熔點很高，電解需要耗費的熱量極其多
C．當時化學家還未嘗試采用焦炭冶煉鋁的方法
D．還未找到良好的助熔劑
C
對應訓練
【解析】重金屬離子對地下水等環境有污染，因此回收廢舊金屬有利于減輕污染，故A正確；Ag的活潑性較弱，其氧化物(Ag2O)受熱易發生分解生成Ag和O2，可利用加熱氧化物的方式制備銀單質，故B正確；“淘金”利用的原理是金子比沙子密度大，且金單質不溶于水以及化學性質穩定，故C正確；金屬鎂的化學性質較為活潑，常通過電解熔融狀態的氯化鎂制備單質鎂，電解氯化鎂溶液無法得到單質鎂，故D錯誤；故答案為D。
【典例2】下列關于金屬的冶煉方法說法不正確的是（ ）
A．廢舊金屬的回收利用有利于減輕污染
B．銀的金屬性弱，用加熱Ag2O的方法冶煉
C．金子比沙子密度大，利用水洗法直接獲得
D．金屬鎂活潑，電解氯化鎂溶液可以獲取
D
1．下列說法不正確的是（ ）
A．自然界中存在游離態的金屬單質
B．金屬活動性不同，冶煉方法也有所不同
C．地球上金屬礦物資源是取之不盡的，因此，應加大開采金屬礦物的
速度，以滿足經濟發展的需要
D．廢舊金屬的回收利用，有利于環境保護
C
【解析】少數化學性質不活潑的金屬，在自然界中以游離態存在，如金和鉑等，A正確；金屬活動性不同，冶煉方法也有所不同，如鉀鈣鈉鎂鋁用電解法，鋅鐵錫鉛用熱還原法，銅用熱分解法或熱還原法，汞用熱分解法，B正確；礦產資源是不可再生的自然資源，不是取之不盡的，應合理的開采金屬礦物，C錯誤；廢舊金屬的回收利用，實現資源再利用，有利于環境保護，D正確；答案選C。
2．下列關于金屬冶煉的說法正確的是（ ）
A．由于Al的活潑性強，故工業上采用電解熔融AlCl3的方法生產Al
B．可以用鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂
C．煉鐵高爐中所發生的反應都是放熱的，故無需加熱
D．金屬冶煉的本質是將化合態金屬還原為游離態，冶煉方法由金屬
的活潑性決定
D
【解析】AlCl3是共價化合物，熔融狀態下不導電，不用電解AlCl3的方法生產鋁，A錯誤；鈉是很活潑金屬，將Na加入氯化鎂溶液中，會生成Mg(OH)2沉淀，得不到Mg單質，應電解熔融氯化鎂冶煉Mg，B錯誤；煉鐵高爐中所發生的反應有的是放熱有的是吸熱，有些放熱反應在加熱條件下發生，C錯誤；金屬冶煉的本質是將化合態金屬還原為游離態，金屬活潑不同，冶煉方法不同，D正確。
3．下列有關金屬的冶煉描述錯誤的是（ ）
A．電解熔融的NaCl制取Na
B．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬被還原
C．CO還原Fe2O3制取Fe
D．從自然界中獲得金屬單質均需要通過化學方法
D
【解析】A項，金屬鈉的還原性強，工業上常用電解熔融氯化鈉的方法制取鈉，正確；B項，金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬元素的化合價降低被還原，正確；C項，鐵具有較強的還原性，工業上常用一氧化碳在高溫下還原氧化鐵制取鐵，正確；D項，自然界中含有游離態的金，所以從自然界中獲得金單質不需要通過化學方法，錯誤。
4．鋁熱反應有廣泛用途，實驗裝置如圖1所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．鋁熱反應的能量變化可用圖2表示
B．和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑
C．鋁熱反應只能用于冶煉鐵、錳、
鉻、鎂等熔點較高的金屬
D．鋁熱反應可用于焊接鐵軌，反應的化學方程式為：
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
C
高溫
【解析】鋁熱反應是放熱反應，能量變化可用圖2表示，故A正確；Fe2O3和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑，故B正確；C．鎂的活潑性大于Al，不能用鋁熱反應冶煉金屬鎂，故C錯誤；鋁熱反應可用于焊接鐵軌，反應的化學方程式為2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3，故D正確；選C。
高溫
延時符
金屬礦物的開發利用
金屬冶煉
本質
方法
Mn＋＋ne－===M，即金屬元素由化合態轉變為游離態的過程
電解法：活潑金屬（K、Ca、Na、Mg、Al）
熱還原法：中等活潑金屬（Zn、Fe、Sn、Pb、Cu）
熱分解法：不活潑金屬（Hg、Ag）
其他方法：如物理法淘金、鋁熱反應等
金屬利用
合理開發和利用金屬資源：提高礦物利用率；開發環保高效冶煉方法；防止金屬的腐蝕；回收和再利用等
第1課時 金屬礦物的開發利用

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