1、第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源第一课时第一课时 金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用【学习目标】学习目标1、知道金属在自然界中的存在形态。2、熟知金属冶炼的方法及其原理。3、掌握铝热反应的原理和实验。【引入】 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁， 领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。 金属矿物是如何开发利用的呢？化学要研究如何合理、高效地开发利用这些金属矿物， 将
2、其中的金属从其化合物无中还原出来，用于生成各种金属材料。自然界中形形色色的金属矿石金矿金矿黄铜矿黄铜矿（CuFeS2）赤铁矿赤铁矿铝土矿铝土矿（Al2O3）黄铁矿黄铁矿（FeS2）孔雀石孔雀石菱镁矿菱镁矿（MgCO3）一、金属元素在自然界的存在形态一、金属元素在自然界的存在形态二、金属的冶炼二、金属的冶炼将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼1、定义定义2、实质实质得电子，被还原得电子，被还原Mn+ M +ne-正价正价0 0价价3、方法方法 Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au思考：不
3、同的金属所用的冶炼方法一样吗？金属活动性逐渐减弱金属的活泼性与冶炼方法的关系 金属单质还原性、失电子能力依次减弱 金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强【归纳总结】电解法电解法MgCl2 (熔融熔融) Mg Cl2 电解电解2NaCl (熔融熔融) 2Na Cl2 电解电解2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2 电解电解冰晶石冰晶石来自海水来自海水来自铝土矿，不能用来自铝土矿，不能用AlCl3, ,为什么？为什么？因为因为AlCl3, ,是共价化合物，在熔融状态下不导电。是共价化合物，在熔融状态下不导电。Na3AlF6 降低降低氧化铝的熔点氧化铝的熔点 Na Mg Al Zn Fe Sn P
4、b Cu Hg Ag Pt Au物质MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔点/oC28522054714190（以分子形式存在）沸点/oC360029801412180已知有关物质的熔沸点数据如下表已知有关物质的熔沸点数据如下表:参考上述数据填空和回答问题参考上述数据填空和回答问题.(1)工业上为什么常用电解熔融工业上为什么常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁的方法生产金属镁,而不用电解而不用电解MgO的方法生产镁的方法生产镁?金属的冶炼方法金属的冶炼方法热还原法热还原法 Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt AuCuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O
5、3+3CO = 2Fe + 3CO2 高温高温高炉炼铁高炉炼铁铝热反应铝热反应铝热剂铝热剂引发操作引发操作反应特点反应特点反应应用反应应用铝铝和和金属氧化物金属氧化物在在高温高温下发生剧烈反应并下发生剧烈反应并放出大量热放出大量热的化学反应的化学反应铝粉铝粉 + + 金属氧化物金属氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy)在铝热剂上放在铝热剂上放KClO3，插入，插入镁条镁条并将镁条点燃并将镁条点燃高温高温引发后即可发生，不用持续加热，引发后即可发生，不用持续加热，放出大量的热放出大量的热 3000C焊接钢轨，冶炼高熔点，且活泼型比铝差的金属焊接钢轨，冶炼高熔点，且活泼型比铝差的金
6、属2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温 4Al+ 3MnO2 2Al2O33Mn高温高温1 1、镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光、镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光2 2、漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射、漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射3 3、纸漏斗的下部被烧穿，有纸漏斗的下部被烧穿，有红热红热熔融物落入沙中熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体，冷却后变为黑色固体【思考与交流】1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？ 铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？ 镁条是引燃剂，氯酸钾为助燃剂，点燃镁
7、条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等等高熔点金属。二、铝热反应的应用Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3高温高温3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al 9Co + 4Al2O3高温高温3V2O5+10Al 6V+ 5Al2O3高温高温金属的冶炼方法金属的冶炼方法金属的冶炼方法金属的冶炼方法3.用铝热反应冶炼金属用铝热
8、反应冶炼金属,虽克服了被冶炼金属及其氧虽克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难冶炼的问题化物熔点高、难冶炼的问题,但是成本较高。但是成本较高。热还原法常用的还原剂热还原法常用的还原剂:C、CO、H2、Al1.用用H2作还原剂时作还原剂时,生成的产物生成的产物H2O在高温下以水蒸气的在高温下以水蒸气的形式蒸发出去形式蒸发出去,使制得的金属纯度较高使制得的金属纯度较高,但成本也较高。但成本也较高。其他特殊还原法冶炼金属FeCuSO4=FeSO4Cu热分解法热分解法 Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au2HgO = 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag +
9、 O2 加热加热富集法富集法（物理方法）（物理方法）金金在自然界中以在自然界中以游离态游离态的形式存在，古人利用金子比沙子的形式存在，古人利用金子比沙子密度大的特点密度大的特点“沙里淘金沙里淘金”。有诗为证。有诗为证“千淘万漉虽辛苦，千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金吹尽狂沙始到金”金属的冶炼方法金属的冶炼方法氧化氧化铝铝冰晶冰晶石石碳素电碳素电极极液态液态铝铝铝土铝土矿矿石油焦石油焦和沥青焦和沥青焦萤石萤石电解电解铝锭铝锭课本课本99页页金属的冶炼方法金属的冶炼方法启示启示1.从铝土矿中制铝消耗的能量要远远高于回收后制从铝土矿中制铝消耗的能量要远远高于回收后制铝消耗的能量铝消耗的能量,因而因而,
10、在实际生产过程中必须要考虑成本。在实际生产过程中必须要考虑成本。启示启示3.实际生产过程中实际生产过程中,金属的冶炼过程是个复条过程金属的冶炼过程是个复条过程,在在得到所需产品的同时也会产生废弃物。必须考虑废弃物得到所需产品的同时也会产生废弃物。必须考虑废弃物的处理和生产过程对环境的影响。的处理和生产过程对环境的影响。1.1.合理开发和利用金属矿物资源的原因：合理开发和利用金属矿物资源的原因：（1 1）资源有限且分布不均）资源有限且分布不均（2 2）金属的冶炼消耗许多能量）金属的冶炼消耗许多能量（3 3）金属冶炼造成环境污染）金属冶炼造成环境污染（4 4）金属腐蚀造成大量损失）金属腐蚀造成大量
11、损失三、金属矿物的开发和利用三、金属矿物的开发和利用（1 1）提高金属矿物的利用率）提高金属矿物的利用率（2 2）开发环保高效的金属冶炼方法）开发环保高效的金属冶炼方法（3 3）防止金属的腐蚀）防止金属的腐蚀（4 4）加强废旧金属的回收和再利用）加强废旧金属的回收和再利用（5 5）使用其他材料代替金属材料）使用其他材料代替金属材料2.2.合理开发和利用金属矿物资源的措施：合理开发和利用金属矿物资源的措施：三、金属矿物的开发和利用三、金属矿物的开发和利用【资料卡片】自然资源与可持续发展 自然资源是人类社会发展不可或铸的自然物质基础，包括土地与土壕资源、矿产资源、生物资源、水资源、能源资源、环境资
12、源等，根据其能否再生可以分为可再生资源和不可再生资源。可持续发展的目标是在满足人类需要的同时，强调人类的行为要受到自然界的制约，强调人类代际之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济可椅续发展、社会可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展等方面。自然资源课堂总结课堂总结金属单质金属单质还原性还原性，失电子能力依次失电子能力依次减弱减弱金属阳离子金属阳离子氧化性氧化性、得电子能力依次得电子能力依次增强增强课堂练习课堂练习1.1.列说法错误的是列说法错误的是( () )A. .对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B. .提炼金属
13、要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C. .活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液D. .热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等C2 2. .工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是（认为选择方法的主要依据是（ ）A.A.金属在自然界的存在形式金属在自然界的存在形式B.B.金属元素在地壳中的含量金属元素在地壳中的含量C.C.金属熔点高低金属熔点高低D.D.金属阳离子得电子的能力金属阳离
14、子得电子的能力D课堂练习课堂练习3 3. .已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系 。 据 此 推 测 ， 下 列 事 件 发 生 在 铁 器 时 代 之 前 的 是系 。 据 此 推 测 ， 下 列 事 件 发 生 在 铁 器 时 代 之 前 的 是（ ）A.A.金属钠的使用金属钠的使用 B. B.青铜器的大量使用青铜器的大量使用C.C.海水提镁海水提镁 D. D.铝热法制铬铝热法制铬B4.4.有有0.4 g铁的氧化物，用足量的铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把在高温下将其还原，把生成的生成的CO2全部通入足量澄清石灰
15、水中，得到全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。这沉淀。这种铁的氧化物的化学式是种铁的氧化物的化学式是( () )AFeO BFe2O3CFe3O4 DFeO和和Fe2O3B5.5.在熔融状态下在熔融状态下 可用可用Na与与KCl反应制金属反应制金属KNa+KCl=K+NaCl。调整合适的温度，可以分离出。调整合适的温度，可以分离出K单质。单质。已知四种物质的熔、沸点如下：已知四种物质的熔、沸点如下： KNaKClNaCl熔点熔点( () )63.6597.8770801沸点沸点( () )774882.91 500(升华升华)1 431根据根据上表数据上表数据，用，用Na与与KCl反应制反应制K的适宜温度是的适宜温度是( () )A97.8770 B770774 C774882.9 D1 4131 500 C思考：此反应和金属的活泼性有关吗？6 6. .铝能用于冶炼难熔的金属铝能用于冶炼难熔的金属( (如如CrCr、V V、MnMn等等) )，这不是，这不是因为因为（ ）A.A.铝具有还原性铝具有还原性B.B.铝具有导电性铝具有导电性C.C.铝较铝较CrCr、V V、MnMn等价格便宜等价格便宜D.D.冶炼反应放出大量的热冶炼反应放出大量的热B课堂练习课堂练习谢谢谢谢
