資源簡介

(共17張PPT)
教學(xué)目標(biāo)
1．通過金屬冶煉原理的學(xué)習(xí)和冶煉方法的歸納，理解氧化還原反應(yīng)在金屬礦物開發(fā)中的應(yīng)用，構(gòu)建金屬冶煉的思維模式。
第八章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展
第一節(jié) 自然資源的開發(fā)利用
第一課時(shí) 金屬礦物的開發(fā)利用
世界各國沖突——自然資源的爭奪
世界鐵礦儲量圖示
世界鋰礦儲量圖示
常見金屬元素在地殼中的存在
游離態(tài)礦物(極少量金屬)
金礦石(Au)
銀礦石(Ag)
鉑礦石(Pt)
銅礦石(Cu)
隕鐵（Fe）
常見金屬元素在地殼中的存在
化合態(tài)礦物(多數(shù)金屬)
赤鐵礦（Fe2O3）
黃銅礦（CuFeS2）
磁鐵礦（Fe3O4）
黃鐵礦（FeS2）
鈣鈦礦（CaTiO3）
鋁土礦（ AI2O3 ）
任務(wù)一：了解材料歷史，探尋冶金方法
1.從古到今的社會發(fā)展：
數(shù)字時(shí)代（硅）
引領(lǐng)社會發(fā)展
原始社會
奴隸社會
農(nóng)業(yè)社會
現(xiàn)代社會
未來社會
發(fā)展生產(chǎn)力
資源爭奪戰(zhàn)
石器時(shí)代
青銅器時(shí)代
鐵器時(shí)代
合金時(shí)代（鋼、鋁、鈦等）
2.對應(yīng)的材料發(fā)展：
3.材料作用：
適應(yīng)自然
改造自然
現(xiàn)代文明需要
任務(wù)一：了解材料歷史，探尋冶金方法
閱讀歷史文獻(xiàn)記載，總結(jié)下列有關(guān)金屬的冶煉方法：
朝代 利用礦物 歷史記載的材料 冶煉方法
夏朝 金礦 “千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”
東晉 硫化汞礦 煉丹家葛洪《抱樸子》“丹砂（HgS）燒之成水銀”。
西漢 硫酸銅礦 西漢劉安《淮南萬畢術(shù)》“曾青得鐵則化為銅”。
商朝 孔雀石礦 西漢賈誼《鵬鳥賦》且夫天地為爐兮，造化為工；陰陽為炭兮，萬物為銅。
戰(zhàn)國 赤鐵礦 《秋浦歌》爐火照天地，紅星亂紫煙。
物理富集法
熱分解法
濕法煉銅
熱還原法
熱還原法
利用礦物 冶煉方法 化學(xué)反應(yīng)方程式
丹砂硫化汞礦（HgS） 熱分解法
硫酸銅礦 濕法煉銅
孔雀石礦 Cu2(OH)2CO3 熱還原法
赤鐵礦 熱還原法
寫出冶煉汞、銅、鐵方程式及冶煉原理
2HgO = 2Hg + O2 ↑
加熱
2HgS + 3O2 = 2HgO+2SO2
加熱
Fe+CuSO4 = Cu + FeSO4
Cu2(OH)2CO3=2CuO+H2O↑+CO2↑
高溫
高溫
2CuO+C = 2Cu + CO2 ↑
CuO+CO = Cu + CO2 ↑
高溫
Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 ↑
高溫
——氧化還原的方法
熱還原法：
——不起眼的木炭，開啟了人類金屬時(shí)代！
問題1：新石器時(shí)期，人類就發(fā)明了制陶術(shù)，窯溫達(dá)1000多℃ ，請?jiān)u價(jià)此窯溫冶煉出的鐵質(zhì)量？(鐵熔點(diǎn)1535.4℃)
問題2：熱還原法中,還原CuO、Fe2O3固體時(shí)可以用木炭(C)也可以用一氧化碳(CO) ，你能評價(jià)一下這兩種還原劑使用效果？
現(xiàn)代煉鐵高爐
燃燒溫度控制在
2250-2350 ℃
問題3：濕法煉銅的本質(zhì)是利用鐵與銅鹽溶液置換出金屬銅（Fe+CuSO4 = Cu + FeSO4）。你能舉例說明金屬在非水溶液體系中也存在的置換反應(yīng)嗎？
鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：
早期應(yīng)用于野外鐵軌焊接；
2.冶煉難熔金屬如鎢、鉻、錳等。
鋁熱反應(yīng)：
2Al+Fe2O3 = 2Fe + Al2O3
高溫
Na(l)+KCl = K(g) + NaCl
高溫
約850℃時(shí)反應(yīng),鉀沸點(diǎn)比鈉低,鉀以氣體形式離開反應(yīng)體系,平衡就不斷右移。
任務(wù)二：總結(jié)歸納金屬冶煉規(guī)律
人類歷史冶煉金屬時(shí)間表：
金屬 元素符號 冶煉時(shí)間 冶煉原理 冶煉條件
金 Au 前6000年 物理富集、篩選法 銀 Ag 前5000年 熱分解法 400℃
汞 Hg 前3000年 熱分解法 500℃
銅、錫 Cu、Sn 前5000年 800℃
1200℃
鐵 Fe 前2500年 鋅 Zn 1746年 鋁 Al 1827年
鎂、鈣 Mg、Ca 1808年
鈉、鉀 Na、K 1807年
熱還原法
漢弗萊·戴維
(H.Davy，1778-1829)
？
1807年戴維用電解的方法得到鈉、鉀，1808年又電解得到鎂、鈣、鍶、鋇。
電解法
19世紀(jì)初，戴維成功地利用電化學(xué)方法從KOH、NaOH中制得K、Na，他也從開始嘗試氧化鋁中提取鋁。
氧化鋁
高溫熔融
液態(tài)氧化鋁
電解
鋁
鋁的制備
思考1：氯化鋁熔點(diǎn)比氧化鋁低得多，工
業(yè)上為什么不采用電解氯化鋁來制備鋁呢？
物質(zhì) Al2O3 AlCl3
熔點(diǎn) 2015℃ 195℃
制取流程：
由于氧化鋁熔點(diǎn)（2015℃）太高，要融化耗能太多，故工業(yè)生產(chǎn)中往往加入冰晶石，以降低融化溫度。
氯化鋁的分子結(jié)構(gòu)示意圖
Cl Cl Cl
Cl Cl Cl
Al Al
氯化鋁是分子晶體，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電！
總結(jié)并寫出電解法取活潑金屬鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等化學(xué)方程式？
思考2：一般情況下，同種金屬的氧化物的熔點(diǎn)要大于氯化物的熔點(diǎn)。鈉、鎂的兩種常見化合物熔點(diǎn)如下，四種物質(zhì)都是離子化合物，則制取鈉、鎂單質(zhì)時(shí)一般電解那類物質(zhì)？
氯化鎂 氧化鎂 氯化鈉 氧化鈉
熔點(diǎn) 7120C 28000C 8010C 12750C
MgCl2 (熔融) = Mg + Cl2↑
電解
2Al2O3 (熔融) = 4Al + 3O2 ↑
電解
冰晶石
CaCl2 (熔融) = Ca + Cl2↑
電解
2NaCl (熔融) = 2Na + Cl2↑
電解
2KCl (熔融) = 2K + Cl2↑
電解
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
活潑
電解法
(氧化物、氯化物)
較活潑
熱還原法
(C、CO、H2、Al等)
不活潑
熱分解法
(氧化物)
物理方法
釩、鉻、錳、鈷
制備方法模型：金屬使用、冶煉與金屬活動(dòng)性的關(guān)系
很穩(wěn)定
銅、銀、金器約5000年前
鐵器約2500年前
鋁器約200年
總結(jié)：人類使用金屬年代的先后跟金屬的那些因素有關(guān)？
①金屬的活動(dòng)性
②與人類的冶煉技術(shù)有關(guān)
例：鋁土礦的主要成分為氧化鋁、氧化鐵和二氧化硅。工業(yè)上經(jīng)過下列工藝可以冶煉金屬鋁：
鋁土礦
a
過量的NaOH
b
鹽酸 ①
②
③
c
④
d
電解
Al
⑤
請判斷流程中的a、b、c、d分別是什么物質(zhì)？寫出反應(yīng)①、②、③、④、⑤5步反應(yīng)反應(yīng)方程式。
任務(wù)三：了解從鋁土礦提取鋁的流程，明晰工業(yè)流程分析模型
Al2O3
Fe2O3
SiO2
①HCl
AlCl3
FeCl3
SiO2固體
②過量NaOH
過濾
Na[Al(OH)4]
Fe(OH)3固體
③通過量CO2
Al(OH)3
④加熱
Al2O3
過濾
電解
⑤
Al
原料預(yù)處理（得到純度高、含量高的氧化鋁固體）
核心反應(yīng)
無機(jī)工業(yè)制備流程的主要設(shè)計(jì)模型
原料
原料預(yù)處理
核心化學(xué)反應(yīng)
反應(yīng)條件的控制
目標(biāo)產(chǎn)物
產(chǎn)品的分離與提純
原料的循環(huán)利用
排放物的無害化處理
規(guī)律：“主線主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)。”
思考與討論：
計(jì)算表明，生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J，回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比較，前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過對上述數(shù)據(jù)的分析與比較，結(jié)合書本P99的圖8-1與圖8-2，你想到了什么？請將你的想法與同學(xué)交流。
鋁土礦
氧化鋁
螢石
冰晶石
石油焦和瀝青焦
碳素電極
液態(tài)鋁
鋁錠
閱讀書本P99頁
樹立環(huán)保意識，踐行可持續(xù)發(fā)展理念
合理開發(fā)和利用資源 ？
資源有限、環(huán)境污染、能耗很大
加強(qiáng)廢舊金屬回收再利用
提高金屬礦物的利用率
開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法
防止金屬的腐蝕
使用其他材料代替金屬

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