資源簡介

(共14張PPT)
第八章 化學與可持續發展
人教版高中化學必修第二冊
第一節 自然資源的開發應用
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
法國皇帝拿破侖三世是一個奢靡的人，同時也喜歡炫耀自己。他常常大擺宴席，宴請天下賓客。
每次宴會，餐桌上的用具幾乎全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個碗卻是鋁制品。
為什么貴為法國皇帝，卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢
《拿破侖的鋁碗》
任務一 金屬材料的發展歷史
1.金屬元素的存在
黃銅礦
赤鐵礦
鋁礦
錳礦
鎢礦
自然金
自然銀
自然銅
自然鐵
(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。
2.金屬材料的發展歷史
任務一 金屬材料的發展歷史
1)從古到今的社會發展：
數字時代（硅）
原始社會
奴隸社會
農業社會
現代社會
未來社會
石器時代
青銅器時代
鐵器時代
合金時代
（鋼、鋁、鈦等）
2)對應的材料發展：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
約200年前
約3000年前鐵器時代
約5000年前青銅時代
約10000年前
金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活潑性。
問題：金屬在歷史上出現的時間和哪些因素有關呢？
任務二 金屬材料的冶煉方法
根據歷史文獻記載，總結下列有關金屬的冶煉方法：
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》“曾青得鐵則化為銅”。
商朝 孔雀石礦Cu2(OH)2CO3 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
2HgS + 3O2 = 2HgO+2SO2
加熱
Fe+CuSO4 = Cu + FeSO4
2CuO+C = 2Cu + CO2 ↑
Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 ↑
高溫
高溫
火約200年前
火法煉銅
任務二 金屬材料的冶煉方法
問題：濕法煉銅的本質是利用鐵與銅鹽溶液置換出金屬銅（Fe+CuSO4 = Cu + FeSO4）。舉例說明金屬在非水溶液體系中也存在的置換反應嗎？
鋁熱反應的應用：
早期應用于野外鐵軌焊接；
2.冶煉難熔金屬如鎢、鉻、錳等。
鋁熱反應：
2Al+Fe2O3 = 2Fe + Al2O3
高溫
Na(l)+KCl = K(g) + NaCl
高溫
約850℃時反應,鉀沸點比鈉低,鉀以氣體形式離開反應體系,平衡就不斷右移。
引燃劑
助燃劑
鋁熱劑：
蒸發皿中鋪少量細沙的作用：1、防止蒸發皿炸裂；
2、防止生成的熔融物濺出。
鋁和比鋁活潑性弱的金屬的氧化物組成的混合物。
任務二 金屬材料的冶煉方法
人類歷史冶煉金屬時間表：
金屬 元素符號 冶煉時間 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
任務二 金屬材料的冶煉方法
19世紀初，戴維成功地利用電化學方法從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
液態氧化鋁
電解
鋁
問題：氯化鋁熔點比氧化鋁低得多，工業上為什么不采用電解氯化鋁來制備鋁呢？
物質 Al2O3 AlCl3
熔點 2015℃ 195℃
制取流程：
氯化鋁是分子晶體，在熔融狀態下不導電！
2Al2O3 (熔融) = 4Al + 3O2 ↑
電解
冰晶石
MgCl2 (熔融) = Mg + Cl2↑
電解
CaCl2 (熔融) = Ca + Cl2↑
電解
2NaCl (熔融) = 2Na + Cl2↑
電解
2KCl (熔融) = 2K + Cl2↑
電解
任務二 金屬材料的冶煉方法
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
很穩定
金屬的冶煉實質
冶煉金屬的實質是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬單質。
（化合態）M n+
得電子
M（游離態）
（被還原）
任務二 金屬材料的冶煉方法
問題：如何從鋁土礦(主要成分為Al2O3還有雜質Fe2O3、MgO、SiO2等)中獲得鋁單質？
途徑一先酸后堿
Al2O3
Fe2O3
SiO2
Al3+、Fe3+
Fe(OH)3
AlO2-
Al(OH)3
加HCl后過
濾
SiO2
Al2O3
加NaOH后過
濾
過量
CO2
灼燒
電解
Al
Al2O3+6HCl=
2AlCl3+3H2O
AlCl3+4NaOH=
NaAlO2+3NaCl+2H2O
FeCl3+3NaOH=
Fe(OH)3↓+3NaCl
HCl+NaOH=NaCl+H2O
Fe2O3+6HCl=
2FeCl3+3H2O
NaAlO2+H2O+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3
NaOH+CO2=NaHCO3
Al(OH)3 Al2O3+3H2O
加熱
Al2O3(熔融) 4Al+3O2
電解
核心思路：除雜提取出純凈的氧化鋁再電解
任務二 金屬材料的冶煉方法
問題：如何從鋁土礦(主要成分為Al2O3還有雜質Fe2O3、MgO、SiO2等)中獲得鋁單質？
途徑二先堿后酸
Al2O3
Fe2O3
SiO2
AlO2-、SiO3-
H2SiO3
Al3+
Al(OH)3
NH3 H2O
加NaOH后過
濾
Fe2O3
Al2O3
加HCl后過
濾
灼燒
電解
Al
Al2O3+2NaOH
=2NaAlO2+H2O
SiO2+2NaOH
=NaSiO3+H2O
Na2SiO3+2HCl
=H2SiO3↓+2NaCl
NaAlO2+4HCl
=NaCl+AlCl3+2H2O
NaOH+HCl=NaCl+H2O
AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl
HCl+NH3·H2O=NH4Cl+H O
Al(OH)3 Al2O3+3H2O
加熱
Al2O3(熔融) 4Al+3O2
電解
核心思路：除雜提取出純凈的氧化鋁再電解
任務二 金屬材料的冶煉方法
無機工業制備流程的主要設計模型
原料
原料預處理
核心化學反應
反應條件的控制
目標產物
產品的分離與提純
原料的循環利用
排放物的無害化處理
規律：“主線主產品，分支副產品，回頭為循環。”
任務三 金屬礦物的合理開發與利用
問題：計算表明，生產1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J，回收鋁質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%。通過對上述數據的分析與比較，結合書本P99的圖8-1與圖8-2，你想到了什么？請將你的想法與同學交流。
合理開發利用
樹立環保意識
踐行可持續發展理念
任務三 金屬礦物的合理開發與利用
思考：為什么要合理開發和利用金屬礦物資源？
問題：如何合理開發和利用資源 ？
資源有限、環境污染、能耗很大、腐蝕損失大
加強廢舊金屬回收再利用
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
使用其他材料代替金屬
措 施

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