1、第四章第四章 化学与自然资源的开发与利用化学与自然资源的开发与利用第一节第一节 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 一、金属矿物的开发和利用一、金属矿物的开发和利用1、请思考、请思考（1）请同学们列举出常见金属的请同学们列举出常见金属的名称？越多越好！它们的活动顺序名称？越多越好！它们的活动顺序如何？如何？（2）、金属元素在自然界中的存）、金属元素在自然界中的存在形式？在形式？化合价如何？化合价如何？n除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。在化合物中金属化合物的形式存在于自然界。在化合物中金属均为正化合价。均
2、为正化合价。黄铜矿黄铜矿赤铁矿赤铁矿铝矿铝矿锰矿锰矿钨矿钨矿锌矿锌矿人们在生活和生产中使用的金属材料多是合人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要金或纯金属，这就需要把金属从其化合物中把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，还原出来，用于生产和制造各种金属材料，这个过程就是金属的冶炼。这个过程就是金属的冶炼。2 2、金属的冶炼金属的冶炼 冶炼金属的实质是用还原的方法使冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属化合物中的金属离子得到电子变成金属。金属。n+n+M M得电子得电子M M（被还原）（被还原）+n+nM M矿石中的金属是矿石中
3、的金属是:分析分析:得得电子电子,被还原被还原化合态化合态(除金铂）除金铂）M M0 0K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)CuK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au Hg Ag Pt Au金属失电子能力逐渐减弱金属失电子能力逐渐减弱对应阳离子得电子能力逐渐增强对应阳离子得电子能力逐渐增强K Ca Na Mg AlK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgHg Ag Pt AuPt Au金属活动性不同，所用的还原方法金属活动性不同，所用的还原方法一样一样吗？吗？热分
4、解法热分解法:适用于金属活动性顺序表中适用于金属活动性顺序表中铜以铜以后后的金属冶炼。的金属冶炼。Hg AgHg Ag电解法电解法:适用于钾、钠、钙、铝等适用于钾、钠、钙、铝等活泼金属活泼金属的冶炼。的冶炼。K Ca Na Mg Al热还原法热还原法:适用于金属活动性顺序表适用于金属活动性顺序表中部中部的的金属冶炼金属冶炼 Zn Fe Sn PbZn Fe Sn Pb(H)Cu(H)Cu K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag3 3、金属冶炼的方法、金属冶炼的方法简单，实用，节省的原则简单，实用，节省的原则1.1.热分解法热分解法 有些不活泼金属仅用热分解法就
5、能制得。有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，位于铜后面的某些在金属活动性顺序表中，位于铜后面的某些金属的氧化物受热能分解。金属的氧化物受热能分解。冶炼方法的选择冶炼方法的选择原则原则:2Ag2Ag2 2O=4Ag+OO=4Ag+O2 22HgO=2Hg+O2HgO=2Hg+O2 22 2电解法电解法 在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、镁、铝在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、镁、铝等几种金属的等几种金属的还原性还原性很强很强，这些金属都很容易失，这些金属都很容易失去电子，而它们的阳离子很难得到电子，因此不去电子，而它们的阳离子很难得到电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合
6、物中还原出能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用来，而只能用电解电解其其熔融盐熔融盐或或氧化物氧化物的方法来冶的方法来冶炼。炼。2Al2Al2 2O O3 3(熔融熔融)=4Al+3O)=4Al+3O2 2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl)=2Na+Cl2 2电解电解MgClMgCl2 2(熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2 电解电解高温高温FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO+3CO =2Fe+3CO2 23.3.热还原法热还原法 多数金属的冶炼过程属于热还原法。多数金属的冶炼过程属于热还原法。常用的还原剂有常用的
7、还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属2CuO+2CuO+C=2Cu+C=2Cu+CO2 2加热加热FeFe2 2O O3 3+2 Al=2Fe+Al+2 Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn PbK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H H）Cu Hg AgCu Hg Ag电解法电解法热还原法热还原法K Ca Na Mg AlK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn PbZn Fe Sn Pb（H H）CuCu Hg AgHg Ag 同种同种金属可以有金属可以有不同不同的冶炼方法的冶炼方法:如
8、如 Cu Cu 既既可用可用还原法还原法,也可用也可用电解法电解法,根据其不同用途选根据其不同用途选择不同的冶炼方法。择不同的冶炼方法。活泼活泼 中等活中等活 不活泼不活泼（C C、COCO、H H2 2、AlAl等）等）（氧化物、氯化物）（氧化物、氯化物）（氧化物）（氧化物）实验实验4 41 1 铝热反应铝热反应1 1、镁条镁条的作用是什么？的作用是什么？2 2、氯酸钾氯酸钾的作用是什么？的作用是什么？引燃剂引燃剂反应现象反应现象：镁条剧烈燃烧，火镁条剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，发出星四射，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物
9、应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。落入沙中。FeFe2 2O O3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温铝热剂铝热剂结论：结论：铝是铝是常用常用的的还原剂还原剂，在一定的条件下，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原还原成成单质单质。FeFe2 2O O3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温常见的铝热反应常见的铝热反应 高温高温3V3V2 2O O5 5+10Al=6V+5Al+10Al=6V+5Al2 2O O3 33MnO3MnO2 2+4Al=3Mn+2Al+4Al
10、=3Mn+2Al2 2O O3 3高温高温CrCr2 2O O3 3+2Al=2Cr+Al+2Al=2Cr+Al2 2O O3 3高温高温铝热反应的应用铝热反应的应用 铝热反应的原理铝热反应的原理可以应用在生产上，可以应用在生产上，如用于如用于焊接钢轨焊接钢轨等。等。在冶金工业上也常用在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，与金属氧化物反应，冶炼冶炼钒、铬、锰钒、铬、锰等等等等高熔点高熔点金属金属合理开发和利用矿物资源，主要途径有：合理开发和利用矿物资源，主要途径有：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
11、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 1、不同的金属，冶炼方法不同、不同的金属，冶炼方法不同+nM得电子得电子M（被还原）（被还原）因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。2、金属活动、金属活动 性顺序金属的冶炼性顺序金属的冶炼金属活动金属活动顺序顺序金属失电金属失电子能力子能力 金属离子金属离子的得电子的得电子主要冶炼主要冶炼方法方法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分解法热分解法1
12、、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，并写出有关反应的化学方程式并写出有关反应的化学方程式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请思考请思考 比较制取金属单质和非金属单质的反应原理，它们有哪些相同点和不同
13、点？由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改进，艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成主要成 分是分是Al2O3，当然还是有很多，当然还是有很多其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。降千丈，走入千家万户。
