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1节 开发利用金属矿物和海水资源（课时1）1、了解金属在自然界中存在的形式。2、掌握金属冶炼的一般方法和原理。3、掌握铝热反应原理及实验。4、了解合理开发和利用金属矿物资源的意义。5、认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。学习重点学习重点本节课从金属矿物和金属在自然界中的存在形式引入，通过金属冶炼的基本原理，使学生认识到化学是冶金工业的重要科学基础，化学方法是由金属化合物转变成金属单质的惟一方式，金属活动性和氧化还原反应发生的条件是选择金属冶炼方式的主要依据。在学生掌握金属冶炼的一般原理的基础上，把不同金属的冶炼方法和
2、铝热反应作为本节课的重点。以高炉炼铁的实例总结热还原法冶炼金属的原理，并由此引出铝热反应（同时配置实验视频），利用学生弄清楚铝热反应的实质和特点；以金属活动性和氧化还原反应发生的条件为线索总结其它金属的冶炼方法，有助于学生理解金属冶炼过程的实质。金矿铂矿 金属的使用促进了人类文明的发展。自然界中，除少数金属（如金、铂）以游离态存在，绝大多数金属以化合态存在。我们在生产和生活中使用的金属制品基本上都是单质形态。怎样可以将金属化合物转变为单质呢？【提示提示】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，用于生产和制造各种金属材料的过程，在用于生产和制造各种金属材料的过程，在工业上称为金属
3、的冶炼。工业上称为金属的冶炼。高高炉炉炼炼铁铁高炉炼铁反应原理高炉炼铁反应原理:Fe2O33CO 2Fe3CO2 高温高温(一一)热还原法热还原法加热或高温条件下用还原剂还原金属的氧化物。加热或高温条件下用还原剂还原金属的氧化物。常用的还原剂有：常用的还原剂有：H2、CO、C(焦炭焦炭)、活泼金属、活泼金属(如如Al)。适用于金属活动顺序表中适用于金属活动顺序表中ZnCu的中等活泼性金属。的中等活泼性金属。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au2 2Zn+CO2Cu+H2O CuO+H2 ZnO+C 高温高温试完成下列各金属冶炼的化学方程式。试完成
4、下列各金属冶炼的化学方程式。一、金属冶炼的方法一、金属冶炼的方法课本课本P89P89【实验实验4 41 1】课本课本P89P89【实验实验4 41 1】2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温 镁条剧烈燃烧，发出镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光耀眼的白光，产生，产生大量烟大量烟，纸漏斗的下部被烧穿，有，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发熔融物落入蒸发皿皿中。中。铝热反应铝热反应反应方程式：反应方程式：铝热反应的应用：铝热反应的应用：（1）焊接钢轨。）焊接钢轨。反应现象：反应现象：（2）冶炼高熔点金属（如：钒、铬、锰等）。）冶炼高熔点金属（如：钒、铬、锰等）。（1 1）镁条和氯酸钾的作用是什么？
5、）镁条和氯酸钾的作用是什么？（2 2）反应时，铁元素的化合价是如何变化）反应时，铁元素的化合价是如何变化的？铝元素的化合价又将怎样变化？（纸漏的？铝元素的化合价又将怎样变化？（纸漏斗中盛放的是斗中盛放的是氧化铁和铝粉氧化铁和铝粉）（3 3）试写出铝元素和铁元素参与的化学反）试写出铝元素和铁元素参与的化学反应的方程式。应的方程式。试试写出利用铝热反应冶炼下列金属的化学方程式写出利用铝热反应冶炼下列金属的化学方程式 钒钒(V(V、+5+5价价)、铬铬(Cr(Cr、+3+3价价)、锰锰(MnMn、+4+4价价)高温高温 4Al+3MnO2 3Mn+2Al2O3高温高温 2Al+Cr2O3 2Cr+A
6、l2O3高温高温 10Al+3V2O5 6V+5Al2O3K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au电解电解如：如：2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl2 2Al2O3(熔融熔融)4Al+3O2 冰晶石冰晶石电解电解(二二)电解法电解法适用于金属活动顺序表中适用于金属活动顺序表中KAl的的活泼活泼金属。金属。电解其熔融盐或氧化物。电解其熔融盐或氧化物。MgCl2(熔融熔融)Mg+Cl2 电解电解冰晶石的作用：降低冰晶石的作用：降低Al2O3的熔点（的熔点（2050 1200）位于位于Zn之前的的之前的的K、Ca、Na、Mg、Al非常活泼，在自然界中只以非
7、常活泼，在自然界中只以氧化物或盐氧化物或盐的形式存在，是否也可以用的形式存在，是否也可以用H2、CO、焦炭等来还原呢？如果不能，请说明原焦炭等来还原呢？如果不能，请说明原因，并指出应该用什么方法？因，并指出应该用什么方法？工业用电解铝土矿（主要成分为氧化铝）和氯化镁的工业用电解铝土矿（主要成分为氧化铝）和氯化镁的方法冶炼铝和镁，写出反应的化学方程式。方法冶炼铝和镁，写出反应的化学方程式。工业上电解法制镁用工业上电解法制镁用MgCl2而不用而不用MgO，电解法电解法制制铝用铝用Al2O3而不用而不用AlCl3，为什么？，为什么？（已知熔点（已知熔点:MgO为为2852、MgCl2为为718；Al
8、2O3为为2050、AlCl3为为190）MgO熔点高、耗能大熔点高、耗能大AlCl3共价化合物熔融不导电。共价化合物熔融不导电。电解电解如：如：2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl2 MgCl2(熔融熔融)Mg+Cl2 电解电解 2Al2O3(熔融熔融)4Al+3O2 冰晶石冰晶石电解电解K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au(二二)电解法电解法适用于金属活动顺序表中适用于金属活动顺序表中KAl的的活泼活泼金属。金属。电解其熔融盐或氧化物。电解其熔融盐或氧化物。“(熔融熔融)”不能省略，是熔融态而不是水溶液。不能省略，是熔融态而不是水溶液。必须是离
9、子化合物，共价化合物熔融不导电。必须是离子化合物，共价化合物熔融不导电。(三三)法法适用于金属活动顺序表中适用于金属活动顺序表中 及其以后的及其以后的 金属。金属。加热分解其氧化物。加热分解其氧化物。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au(四四)物理方法：物理方法：适用于以适用于以 态存在的金属，如金和铂。态存在的金属，如金和铂。“淘金淘金”的原理的原理:金的密度比沙大，金的密度比沙大，用水洗法可淘去泥土沙粒。用水洗法可淘去泥土沙粒。马达加斯加街头淘金者马达加斯加街头淘金者【我能自学】位于【我能自学】位于CuCu之后的不活泼金属怎么冶炼，请同学们自
10、之后的不活泼金属怎么冶炼，请同学们自学课本学课本P88P88内容，并完成以下填空：内容，并完成以下填空：Hg AgHg不活泼不活泼2 2Hg+O22 4Ag+O2 HgO Ag2O 热分解热分解游离游离二、金属冶炼的原理二、金属冶炼的原理金属的冶炼过程的实质是：金属离子金属离子 金属原子金属原子 得到 电子 电解法、热还原法和热分解法冶炼金属时：电解法、热还原法和热分解法冶炼金属时：金属元素的化合价如何变化？金属元素的化合价如何变化？金属离子是得电子还是失电子？金属离子是得电子还是失电子？金属铝的回收与利用金属铝的回收与利用合理开发和利用金属矿物资源主要途径合理开发和利用金属矿物资源主要途径回
11、收金属的意义回收金属的意义(1)提高金属矿物的利用率提高金属矿物的利用率(2)减少金属的使用量减少金属的使用量(3)加强金属资源的回收和再利用加强金属资源的回收和再利用(4)使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料(1)节约矿物资源节约矿物资源(2)节约能源节约能源(3)减少环境污染减少环境污染【查一查查一查】阅读课本阅读课本P89P89最后一自然段，完成下表。最后一自然段，完成下表。三、合理开发和利用金属矿物资源三、合理开发和利用金属矿物资源二、金属冶炼的原理二、金属冶炼的原理一、金属的冶炼方法一、金属的冶炼方法三、合理开发和利用金属矿物资源三、合理开发和利用金属矿物资源利用氧化还原
12、反应，使：利用氧化还原反应，使：Mn+ne-M电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理方法物理方法铝某些金属氧化物铝某些金属氧化物 金属金属Al2O3高温高温铝热反应：铝热反应：K Ca Na Mg g Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg g Ag g Pt Au金属活动性逐渐金属活动性逐渐 冶炼由冶炼由 到到 易易 难难减弱减弱1冶炼金属常用以下几种方法：以C、CO或 H2作还原剂还原利用铝热反应原理用Al还原 电解法 热分解法下列金属各采用哪种方法还原最佳（填序号）？（1）Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属（）（2）Na、Mg、Al等活泼金属（）（3）Hg、Ag等不活泼金属（）（4）V、Cr、Mn、W等高熔点金属（）2铝能冶炼某些熔点高、硬度大的金属，是因为铝（）A具有导电性和导热性 B具有还原性，且生成氧化铝时放出大量热 C在空气中燃烧，发出耀眼的白光 D是一种金属，且密度小，熔点较低B 3下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是（）AWO3 BMnO2 CMgO DV2O5C 4下列叙述正确的是（）A工业上用电解熔融氯化钠的方法制取钠 B钠加入氯化镁的饱和溶液中可以制取镁 C电解冶炼铝的原料是氯化铝 D碳在高温下能还原氧化铝中的铝A
