1、第一节第一节 开发利用金属矿物和海开发利用金属矿物和海水资源水资源 （1 1）金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用 本节课要学习的主要内容本节课要学习的主要内容金属冶炼的实质金属冶炼的实质 1金属冶炼的方法金属冶炼的方法 2常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理3金属资源的可持续发展金属资源的可持续发展 用已有的化学知识用已有的化学知识开发利用开发利用自然界的自然界的物质资源物质资源和能量资源和能量资源，同时创造新物质（主要是高分子），同时创造新物质（主要是高分子）使人类的生活更方便、舒适。在开发利用资源的使人类的生活更方便、舒适。在开发利用资源的同时要同时要注意保护环境、维护生态平衡，走可持续
2、注意保护环境、维护生态平衡，走可持续发展发展的道路；建立的道路；建立“绿色化学绿色化学”理念：创建理念：创建源头源头治理环境污染治理环境污染的生产工艺。的生产工艺。化学研究和应用的目标化学研究和应用的目标 广义地讲，所谓广义地讲，所谓自然资源自然资源，是指在一定时间、，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发可持续发展的目标展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生
3、物种群之然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济可经济可持续发展，社会可持续发展、资源可持续发展、环境持续发展，社会可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展可持续发展和全球可持续发展等方面。等方面。自然资源与可持续发展自然资源与可持续发展 请请同学们列举出常见金属的名称？你知道同学们列举出常见金属的名称？你知道它们在自然界中的存在形式吗？它们在自然界中的存在形式吗？u少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质以游离
4、态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。 常见的金属矿物资源常见的金属矿物资源金矿金矿 Au铂矿铂矿 Pt少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂）少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂） 常见的金属矿物资源常见的金属矿物资源 白云石白云石CaMgCO32 辰砂辰砂HgS黄铜矿黄铜矿CuFeS2菱镁矿菱镁矿MgCO3 大多数金属以大多数金属以化合态存在化合态存在如果需要
5、金如果需要金属单质，那属单质，那怎么办？怎么办？冶炼金属冶炼金属 金属元素种类多，分布广，活动性差别大，金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。 u 铜是人类第一种大量使用的金属，铜是人类第一种大量使用
6、的金属，结束了漫长的结束了漫长的“石器时代石器时代”. u 在公元前在公元前6000年到年到7000年左年左右，人类开始迈进了象征古代文右，人类开始迈进了象征古代文明开端的明开端的“铜器时代铜器时代”。铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币冶炼金属要追溯到古代：冶炼金属要追溯到古代： 我国在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合我国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。高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年。古代中国劳动人民用木炭炼铁古代中国劳动人民用木炭炼铁 我们的生活生产需要金属，所以必须要开发利用我们的生活生产需要金属，所以必须要开发利用金属资源金属资源,但
7、金属资源是不可再生资源，不是取但金属资源是不可再生资源，不是取之不尽的之不尽的.u利用化学知识，科学开发利用金属矿科学开发利用金属矿物，使金属矿物资源得到可持续发展物，使金属矿物资源得到可持续发展那那如何解决如何解决 1 1、金属的冶炼、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来将金属从其化合物中还原出来用用于生产和制造各种金属材料的过程在于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为工业上称为金属的冶炼金属的冶炼一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用 回忆：初中学过冶炼铁的方法？回忆：初中学过冶炼铁的方法？Fe2O3 + 3CO= 2Fe + 3CO2 高温高温得得电子电子 能能由此找出金属冶
8、炼的实质吗由此找出金属冶炼的实质吗 2、金属冶炼的实质、金属冶炼的实质 实质是用还原的方法使实质是用还原的方法使金属化合物中的金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子金属离子得到电子变成金属原子。M得得电子电子M（被还原）被还原）n+还原出金属的难还原出金属的难易由什么决定？易由什么决定？ 讨论：讨论：金属越活泼，越金属越活泼，越 失电子，该失电子，该金属离子就越金属离子就越 得电子，还原出该金得电子，还原出该金属就越属就越 。易易难难难难结论：结论： 要根据金属的活动性顺序不同，要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法采取不同的冶炼方法 结论：结论：金属位置越靠后，越易被还原，金属位
9、置越靠后，越易被还原， 用一般的还原方法即可；用一般的还原方法即可； K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属位置越靠前，越难被还原，金属位置越靠前，越难被还原， 要用较强的还原手段来还原要用较强的还原手段来还原金属活动性顺序金属活动性顺序u 由于不同的金属离子的得电子能力由于不同的金属离子的得电子能力不同，所以要采用不同，所以要采用不同强度的冶炼方法不同强度的冶炼方法 2.课前自主学习效果诊课前自主学习效果诊断断 3 3、金属冶炼的一般方法：、金属冶炼的一般方法：(2)热分解法热分解法（适合一些不活泼金属）（适合一些不活泼金属）2HgO
10、= 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热(1)物理提取法物理提取法u 适用于极不活泼的金属适用于极不活泼的金属Pt、Auu 对于不活泼金属，可以直接用加热分解对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来的方法将金属从其化合物中还原出来 （3）电解法（适合一）电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属） MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl2 电解电解2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2 电解电解思考：电解氯化钠溶液能制得钠吗？思考：电解氯化钠溶液能制
11、得钠吗？ 电解法 在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。熔融盐或氧化物的方法来冶炼。阳极阳极阴极阴极 （4）热还原法（适用于大部分金属）热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 高温高温u 除了除了CO、H2、C等做还原剂外，一些活等做还原
12、剂外，一些活泼金属如泼金属如Al等也可做还原剂还原金属等也可做还原剂还原金属 实验实验4 1 铝热反应铝热反应【提出问题】活泼金属能像活泼金属能像CO那样做还原剂那样做还原剂还原出金属吗？还原出金属吗？若能，若能， Fe2O3 跟跟Al在高温条件下在高温条件下反应生成什么？反应生成什么？ 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢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、锰等属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等铝热反应的应用铝热反应的应用 3MnO2+4Al =高温高温Cr2O3
13、+2Al =高温高温3Co3O4+8Al =高温高温其它铝热反应其它铝热反应 3Mn+ 2Al2O32Cr + Al2O39Co + 4Al2O 主要冶炼主要冶炼方法方法金属离子金属离子的得电子的得电子 金属失电金属失电子能力子能力金属活动金属活动顺序顺序小结：冶金的一般方法：小结：冶金的一般方法：可见，可见，越活泼的金属越难冶炼越活泼的金属越难冶炼K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热热分分解法解法Pt、 Au物理提物理提取法取法 u金属活动顺序与金属冶炼的关系：金属活动顺序与金属冶炼的关系： 金属活动性序表中
14、，位置越靠后，越容易被金属活动性序表中，位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。（离子）能用最强的还原手段来还原。（离子）为什么人类使用铁器比使用铜器晚？为什么人类使用铁器比使用铜器晚？u金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。 1、下列各种冶炼方法中，可以制得、下列各种冶炼方法中，可以制得 相应金属的是（相应金属的是（ ）A、加热氧化铝、加热氧化铝 B、加热碳酸钙、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠、电
15、解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热、氯化钠与铝粉高温共热2、根据金属在金属活动顺序表中的位置、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法 是什么原因导致是什么原因导致了不同的金属要了不同的金属要采用不同的冶炼采用不同的冶炼方法呢方法呢 ？不同的金属离子得到电子的能力不同4、常见金属的冶炼原理、常见金属的冶炼原理 小资料小资料 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的铝土矿
16、资源。当前全球原铝的年产年产量约量约25002500万万吨，年吨，年消耗消耗铝土矿超过铝土矿超过一亿一亿吨，如果照此发展吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。至有一天枯竭。 我们每年数以亿吨计的向自然界索取金我们每年数以亿吨计的向自然界索取金属资源，属资源，资源就会越来越少，直至有一天枯资源就会越来越少，直至有一天枯竭。竭。怎样才能使金属资源可持续发展？怎样才能使金属资源可持续发展？讨论：讨论： 5、金属资源的可持续发展、金属资源的可持续发展回收和再利用回收和再利用提高金属矿物的利用率提高金属矿物的利用率减少金属的使用量减
17、少金属的使用量使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料 思考与交流思考与交流（P90） 思考与交流思考与交流（P90）1、目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟，、目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟， 要投入实用更面临许多课题。除了要投入实用更面临许多课题。除了成本比陆地高成本比陆地高以外，以外，还存在破坏生态环境还存在破坏生态环境等问题。有资料表明，开采海底等问题。有资料表明，开采海底矿藏作为一个产业将在矿藏作为一个产业将在2010年至年至2030年才能形成。年才能形成。 2.废旧金属资源的再生利用肩负着废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善提供新资源、改善环境和保
18、护人类生存条件环境和保护人类生存条件等任务，是一项等任务，是一项利在当代、利在当代、功在千秋功在千秋的社会性公益事业。通过查阅有关资料，帮的社会性公益事业。通过查阅有关资料，帮助同学助同学树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。 课堂练习 1 1、冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法，水、冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法，水煤气（或煤气（或H H2 2或或COCO）法，活泼金属置换法，电解法。）法，活泼金属置换法，电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（四种方法在工业上均有应用。古代有（）火烧孔雀）火烧孔雀石法炼铜，（石法炼铜，（）湿法炼铜，现代有（）
19、湿法炼铜，现代有（）铝热法炼）铝热法炼铬，（铬，（）从光卤石（）从光卤石（KClMgClKClMgCl2 26H6H2 2O O）中炼镁，对）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（它们的冶炼方法分析不正确的是（ ）A A（）用）用B B（）用）用C C（）用）用D D（）用）用B 2、工业上用铝土矿（主要成分是、工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3）生产铝的过）生产铝的过程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物质的分子式）质的分子式）写出反应的方程式写出反应的方程式 Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH2Al(OH)3 = Al2O3+3H2O
