資源簡介

(共28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
金屬礦物
海水資源
化石燃料
[學習目標]
1.了解金屬在自然界中的存在形式，理解金屬冶煉的一般原理，掌握
活潑性不同的金屬冶煉的一般方法，形成金屬冶煉方法知識模型，
培養證據推理與模型認知能力(重點)。
2.了解鋁的冶煉原理(重點)。
引入新課
金屬元素在自然界中的存在
赤鐵礦(Fe2O3)
磁鐵礦(Fe3O4)
黃鐵礦(FeS2)
黃銅礦(CuFeS2)
鋁土礦(Al2O3)
自然金
自然鉑
隕鐵
游離態
化合態
(1)概念：
(2)原理：
一、金屬礦物的開發利用
1. 金屬元素在自然界中的存在形態
游離態：金、鉑等極少數金屬
化合態：絕大多數金屬元素
2. 金屬的冶煉
赤鐵礦(Fe2O3)
純鐵
利用氧化還原反應
化合態 游離態
Mn＋＋ne－ === M
3. 金屬的冶煉方法
根據下圖人類冶煉金屬的歷史時間分析推測人類發現和使用金屬材料受哪些因素的影響？為什么？
主要是金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活潑性。因為越活潑還原性越強，離子的氧化性越弱，得電子能力越弱，就越難被還原，故使用的時間越晚。
思考1
一、金屬礦物的開發利用
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
約3000年前
約8000年前
距今一百多年
(1)金屬活潑性與冶煉方法的關系如下：
一、金屬礦物的開發利用
電解法
熱還原法
熱分解法
其他方法
(2)金屬的冶煉方法
熱分解法
2HgO === 2Hg + O2↑
△
2Ag2O === 4Ag + O2↑
△
適用于一些不活潑的金屬
電 解 法
適用于K、Ca、Na、Mg、Al等非常活潑的金屬
(冰晶石：降低Al2O3熔化所需溫度，降低能耗)
一、金屬礦物的開發利用
2NaCl(熔融) === 2Na＋Cl2↑
電解
MgCl2(熔融) === Mg＋Cl2↑
電解
2Al2O3(熔融) === 4Al＋3O2↑
電解
冰晶石
熱還原法
Fe2O3＋3CO === 2Fe＋3CO2
高溫
2Al＋Fe2O3 === Al2O3＋2Fe
高溫
高爐煉鐵
鋁熱法煉鐵
適用于大多數中等活潑金屬的冶煉
常用的還原劑有：CO、H2、C(焦炭)、一些活潑金屬等
(可用于焊接鋼軌)
其他方法
濕法煉銅
火法煉銅
CuSO4＋Fe === Cu＋FeSO4
Cu2S＋O2 === 2Cu＋SO2
高溫
一、金屬礦物的開發利用
(2)金屬的冶煉方法
思考2
結合下列表格物質的熔、沸點數據分析，為什么冶煉鎂時，選擇MgCl2而不是MgO？為什么冶煉鋁時，選擇Al2O3而不是AlCl3？
物質 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
熔點/℃ 2 852 2 054 714 190(以分子形式存在)
沸點/℃ 3 600 2 980 1 412 180
從表中可以發現，MgO熔點高，耗能多；AlCl3的沸點比熔點低，易升華，是共價化合物，熔融狀態下不導電。
一、金屬礦物的開發利用
應用體驗
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)在地殼中含量越多的金屬元素，人類利用的越早(　　)
(4)可以通過電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉(　　)
(5)鋁熱反應的本質是用鋁將活潑性比鋁弱的金屬從其化合物中置換出來(　　)
×
√
√
×
×
一、金屬礦物的開發利用
應用體驗
2.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
3.金屬鋰是密度最小的金屬，等質量的金屬鋰能釋放出更多的電子，故常用來制造高能量電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，則冶煉金屬鋰可以采用的方法是_______。
電解法
一、金屬礦物的開發利用
歸納總結
金屬冶煉方法與金屬活潑性關系
一、金屬礦物的開發利用
二、合理開發和利用金屬礦物資源
1. 原因
(1) 資源有限且分布不均勻。
(2) 冶煉過程中會消耗大量能量且易造成環境污染。
(3) 金屬腐蝕現象嚴重會造成大量損失。
計算表明，生產1 mol鋁消耗的電能至少為1.8×106 J，回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦得到鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%～5%。通過對上述數據的分析和比較，你想到了什么？
(1)從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠遠高于回收鋁制飲料罐得到鋁消耗的能量，加強廢舊金屬的回收和再利用是合理利用金屬資源的重要途徑。
(2)實際生產中，從金屬礦物到純凈金屬的冶煉過程是一個復雜的過程，在得到所需產品的同時也會產生廢棄物，因此必須考慮廢棄物的處理對環境的影響，走可持續發展道路。
二、合理開發和利用金屬礦物資源
思考1
2. 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。
二、合理開發和利用金屬礦物資源
鋁元素在地殼中主要以鋁土礦(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質)的形式存在，從鋁土礦中提取鋁的工藝流程如下：
寫出上述過程中與鋁元素有關的離子方程式。
流程Ⅰ：
① ；
② ；
③____________________________________。
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋
二、合理開發和利用金屬礦物資源
思考2
Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓ ＋3
二、合理開發和利用金屬礦物資源
鋁元素在地殼中主要以鋁土礦(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質)的形式存在，從鋁土礦中提取鋁的工藝流程如下：
流程Ⅱ ：
④ ；
⑤ ；
⑥ ____________________________________。
思考2
應用體驗
工業上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，還有少量的Fe2O3等雜質)提取氧化鋁作冶煉鋁的原料，提取的操作過程如下：
(1)Ⅰ和Ⅱ步驟中分離溶液和沉淀的操作為_____，所用到的玻璃儀器是______
______________。
(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定還含有______，固體N是______。
過濾
燒杯、
Fe2O3
漏斗、玻璃棒
Al2O3
二、合理開發和利用金屬礦物資源
應用體驗
(3)濾液X中，含鋁元素的溶質的化學式為_____________，它屬于____(填“酸”“堿”或“鹽”)類物質。
(4)實驗室里通常向AlCl3溶液中加入______(填“氨水”或“NaOH溶液”)來制取Al(OH)3。
Na[Al(OH)4]
鹽
氨水
二、合理開發和利用金屬礦物資源
隨堂檢測
1.下列說法正確的是
A.金屬單質被發現和應用得越早，其在地殼中的含量越多
B.冶煉金屬時，必須加入一種物質作為還原劑
C.金屬由化合態變為游離態，可能被還原，也可能被氧化
D.金屬的冶煉就是利用氧化還原反應原理，在一定條件下將金屬從其化合物
中還原出來
√
隨堂檢測
2.(2022·德州高一檢測)氧化還原反應廣泛應用于金屬的冶煉，下列有關金屬冶煉的說法錯誤的是
A.越活潑的金屬元素，人類利用的越晚
B.熱分解法、熱還原法、電解法冶煉金屬中，金屬元素都由化合態轉變為
游離態
C.鋁熱反應中鋁作為還原劑將鐵從其氧化物中置換出來
D.用熱還原法冶煉金屬時，可以用H2將Mg從其化合物中還原出來
√
隨堂檢測
3.下列反應原理中 ，不符合工業冶煉金屬實際情況的是
√
隨堂檢測
4.如圖為鋁熱反應的實驗裝置，請回答下列問題：
(1)寫出該鋁熱反應的化學方程式：
__________________________________________。
(2)若將氧化鐵換成氧化鎂，該反應______(填“能”或“不能”)發生，理
由是____________________________。
不能
鎂比鋁活潑，鋁不能置換出鎂
(3)若將所得產品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的現象是
________________________________________。
部分固體溶解，有氣泡產生
隨堂檢測
(4)假設鋁足量且反應充分，設計一種實驗方案，證明本實驗中有單質鐵生成：_________________________________________________________
_______________________________________________________________
____________________________________________________。
取適量反應后的固體混合物，先用足量NaOH溶液除去鋁，再加入稀硫酸，有氣泡冒出，說明有鐵生成(或用磁鐵靠近固體，有固體可被磁鐵吸引，說明有鐵生成)
4.如圖為鋁熱反應的實驗裝置，請回答下列問題：
本節內容結束
目標一 答案
1.金屬元素在自然界中的存在形態
游離態
金、鉑
化合態
2.金屬的冶煉
(1)概念：將金屬礦物中的金屬從其 中還原出來，用于生產各種金屬材料，這一過程在工業上稱為金屬的冶煉。
(2)原理：金屬的冶煉是利用氧化還原反應，在一定條件下，使金屬陽離子
電子被 生成金屬單質，即Mn＋＋ne－===M。
化合物
得到
還原
目標一 答案
3.金屬的冶煉方法
(1)金屬活潑性與冶煉方法的關系如下：
(2)金屬的冶煉方法
熱分解法 分解HgO ____________________
分解Ag2O ____________________
電解法 冶煉鈉 ____________________
冶煉鎂 ____________________
冶煉鋁 ____________________
目標一 答案
熱還原法 高爐煉鐵
鋁熱法煉鐵
_________________________
其他方法 濕法煉銅 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
火法煉銅
其中熱還原法常用的還原劑有 、 、 、 等。
焦炭
CO
H2
一些活潑金屬

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