資源簡介

(共23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
【核心素養】
1.宏觀辨識與微觀探析：通過宏觀上認識自然資源一金屬礦物的開發利用， 能從分析、探究金屬冶煉的原理和一般方法。
2.證據推理和模型認知：通過金屬冶煉原理的學習和冶煉方法的歸納，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。
3.科學態度和社會責任：體會化學在自然資源開發和利用中的意義和作用， 解釋化學與可持續發展的重要關系，樹立資源保護意識及合理開發意識。
【教學重難點】
重點：金屬冶煉原理及方法
難點：金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系
金礦 鉑礦 鋁礦 藍銅礦 孔 雀 石 赤銅礦 黃銅礦
① 極少數的不活潑金屬(金、鉑等)以游離態的形式存在。
②絕大多數金屬以化合物的形式存在。
③在地殼中，含量最高的金屬元素是鋁，其次是鐵。
金屬元素在自然界的存在
富集：除去雜質，提高礦物中有用成分的含量
冶煉：將金屬元素還原為單質
精煉：采用適當方法提純金屬
赤鐵礦 純鐵
(Fe O )
一、金屬的冶煉
1.基本原理：將金屬元素從其化合物中還原出來得到金屬單質。 2.表示方法：Mn++ne-=M (得電子，被還原)
3.從金屬礦物中提煉金屬的一般步驟
約200年前 約5000年前 青銅時代
Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag
Pt Au
得電子，被還原
金屬冶煉的實質 Mn+- M
【思考】金屬被人類利用的早晚與什么有關
約3000年前 鐵器時代
約10000年前
二、金屬冶煉的方法
1.依據：金屬活潑性不同，將其由化合態還原為游離態的難易程度不同。 2.金屬冶煉的方法
① 物理富集：適合極不活潑金屬，如Pt、Au
《浪淘沙》-劉禹錫
干淘萬漉雖辛苦， 吹盡狂沙始到金。 美人首飾侯王印， 盡是沙中浪底來。
“沙土淘金”
2HgO=△=2Hg+O 個
2Ag O=全=4Ag+O 個 Hgs △=2Hg+S^
(丹砂、朱砂)
②熱分解法：適合一些不活潑金屬
丹砂燒之成水銀一《抱樸子》
注意：①“熔融”是熔融態而不是水溶液。
②必須是離子化合物，共價化合物熔融不導電。
③電解法：適合一些非常活潑金屬
(1)工業上為什么常用電解熔融MgCl 的方法生產金屬鎂，而不用電解 MgO 的方法生產鎂
MgO 熔點比MgCl 高很多，熔融時消耗的能量大
(2)工業上為什么常用電解Al O 冰晶石熔融混合物的方法生產金屬鋁， 而不用電解AICl 的方法生產鋁
因為AICl 是共價化合物，熔融狀態下不導電。故冶煉金屬鋁是用 電解熔融Al O 的方法。加入冰晶石(Na AIF ), 以降低熔化溫度。
物質 MgCl MgO AICl
Al O
熔點/℃ 714 2852 190
2054
【思考】
④熱還原法：適用于大部分金屬
常用還原劑：C、CO、H 、活潑金屬如AI等
C+2CuO= 高溫=2Cu+CO 個
3CO+Fe O 高溫=2Fe+3CO (高爐煉鐵) H +CuO=全=Cu+H O
2Al+Fe O =高溫=2Fe+Al O
用礦(硫化礦，主要成分為 Cu S) 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》。
信州鉛山縣有苦泉，流以為澗。其水熬之，則成膽礬，烹膽礬 則成銅。熬膽礬鐵釜，久之異化為銅。——沈括《夢溪筆談》
高溫
火法煉銅：Cu S+0 =====2Cu+SO
濕法煉銅：Fe+CuSO =FeSO +Cu
> 其他方法
小 結 :
K Ca Na Mg Al|Zn Fe Sn Pb(H)Cu | HgAg| Pt Au
電解法 熱還原法 熱分解法富集法
【課堂練習】
1.判斷正誤(1)在金屬化合物中金屬元素都顯正價( )(2)金屬冶煉
過程中，金屬化合物得電子，發生氧化反應( )
X
(3)鐵器時代比青銅器時代要早些( × )(4)黃金的冶煉可用熱分解法
( )(5)鋁的冶煉方法是電解熔融的A ICl ( )
×
·2.下列化工生產原理正確的是( A
·A. 用電解熔融NaCl的方法來制取金屬鈉
·B. 用電解熔融AlCl 的方法來制取金屬鋁
·C. 用鈉加入MgCl 溶液的方法制取金屬鎂
·D. 用鋁粉與NaCl晶體共熱的方法制取金屬鈉
·3.利用金屬活動性的不同，可以采取不同的冶煉方法冶煉金屬。下列反應所 描述的冶煉方法不可能實現的是( )
D
A.2Al O (熔融)電 石 4Al+30 ↑
B.Fe O +2AI 高 溫 2Fe+Al O
C.Fe+CuSO ===FeSO +Cu
D.MgCl (水溶液) 電解 Mg+Cl 個
朝代 利用礦物 歷史記載的材料
冶煉方法
夏朝 金礦 “干淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”
物理富集法
東晉 硫化汞礦 煉丹家葛洪《抱樸子》“丹砂(HgS) 燒之成水銀”。
熱分解法
西漢 硫酸銅礦 西漢劉安《淮南萬畢術》“曾青得鐵則 化為銅”。
濕法煉銅
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。
熱還原法
戰國 赤鐵礦 《秋浦歌》爐火照天地，紅星亂紫煙。
熱還原法
4.閱讀歷史文獻記載，總結下列有關金屬的冶煉方法
【補充】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
實驗現象：鎂條劇烈燃燒， 放出大量的熱，發出耀眼 白光，紙漏斗的下部被燒 穿，有熔融物落入細沙中。
紙漏斗 鎂條
氯酸鉀
氧化鐵和鋁
粉的混合物
細沙
高溫
Fe O +2Al===2Fe +Al O
鋁熱劑
原理：
【 注 意 】
①鎂條為引燃劑(實驗前鎂帶要打磨)
②氯酸鉀為助燃劑
③引發操作：在鋁熱劑上放KCIO ,插入鎂條并 將鎂條點燃，促使氯酸鉀分解，釋放出氧氣，從 而引發Al和Fe O 發生反應。
④紙漏斗要用水潤濕，以防高溫物質從四周濺出。
⑤因為鋁熱反應放出的大量熱量，所以要墊細沙。
一是防止蒸發皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。
氧化鐵和鋁 粉的混合物
細沙
鎂條
氯酸鉀
紙漏斗
其它鋁熱反應
高溫
Fe O +2Al===2Fe+Al O
高溫
3MnO +4Al===3Mn+2Al O
Cr O +2AI 2Cr+Al O
高溫
3Co O +8AI === 9Co+4Al O
焊接鋼軌
冶煉熔點較高且比鋁不活潑的金屬(如鎢、釩、鉻、錳等)
應 用
【課堂練習】
1.鋁能用于冶煉熔點高的金屬(如V、Cr、Mn 等),用到的鋁的性質是( D )
A.銀白色金屬
B.熔、沸點相對較低
C.導電、導熱性能好
D.還原性強，在反應中釋放出大量的熱
(1)紙漏斗中鋪在氧化鐵和鋁粉的混合物上面的物質是_氯酸鉀 o
(2)引發鋁熱反應的操作為_在鋁熱劑上放KCIO , 插入鎂條并將鎂條點燃
(3)若將氧化鐵換成氧化鎂，該反應能否發生 不能 (填“能” 或“不能”),理由是鎂的活潑性比鋁強，鋁不能置換出鎂。
2.如圖為鋁熱反應的實驗裝置，請回答下列問題：
a.酸溶法的工藝流程
沉 淀
加過量
NaOH
過 濾
②
濾 液
NaHCO
上述過程殘渣和沉淀的化學式分別為 SiO 、Fe(OH) 前后濾液的主要陽
離子的符號分別為 Al + 、Fe + Na+ 寫出該過程①離子方程式分別為
① AL,O +6H+=2Al ++3H,O Fe,O +6H+=2Fe ++3H,O
3.鋁土礦的主要成分是Al O 和SiO 、Fe O 等。因此從鋁土礦中提Al O 的 流程可以設計成兩種方案。
通 CO 并 控制反應
條 件
過 濾
濾液 沉淀
鋁土礦
Al(OH)
洗 滌
①
Al O
HCl
上述過程殘渣和沉淀的化學式分別為Fe O 、 H SiO 前后濾液的主要
陽離子的符號分別為 Na+ Al + 寫出該過程①②離子方程式分別為① Al O +2OH-+3H O=2[Al(OH) I SiO +20H-=SiO 2-+H O
②A] ++3NH .H O==Al(OH) +3NH ;
反應③的化學方程式 2 AI(OH)= L0 +3H
較 純 的
Al O
③
②
足量 Al(OH)3
NH 懸 濁 液
滌
濾
洗
過
b.堿溶法的工藝流程：
NaOH 溶 液
沉淀
濾 液
1
鋁土礦
殘 渣
濾 液
足 量 鹽 酸
懸濁液
過 濾
過 濾
三 、合理開發和利用金屬礦物資源
(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)加強廢舊金屬的回收和再利用
(5)使用其他材料代替金屬材料

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