第一节开发利用金属矿物和海水资源(第1课时)

1、第四章第四章 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 金属矿物的开发和利用金属矿物的开发和利用学习目标： 1.了解金属在自然界中的存在形式 2.掌握金属的冶炼方法 3.掌握铝热反应原理及实验 4.了解合理开发和利用矿物资源的途径 教学重点教学重点:了解化学方法在金属矿物开发了解化学方法在金属矿物开发 (主要是金属主要是金属 冶炼冶炼)中的作用中的作用 教学难点教学难点:在掌握金属冶炼的一般原理基在掌握金属冶炼的一般原理基 础上础上,了解使用于不同金属的冶了解使用于不同金属的冶 炼方法炼方法 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

2、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 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？冶炼金属冶炼金属在公元前在公元前60006000年到年到70007000年左右，年左右，人们就能冶炼出铜人们就能冶炼出铜铜铜 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

3、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因为我们的生活生产需要金属，所以必须要开因为我们的生活生产需要金属，所以必须要开发利用金属资源发利用金属资源但金属资源是不可再生资源，不是取之不尽的但金属资源是不可再生资源，不是取之不尽的利用化学知识，在科学开发利用金属矿在科学开发利用金属矿物的基础上，使金属矿物资源得到可持物的基础上，使金属矿物资源得到可持续发展续发展那如何解决那如何解决 1、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用于生产和制造各种金属材料的过程在生产和制造各种金属

4、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 高温得电子得电子 能由此找出金属冶炼的实质吗能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得电子得电子M（被还原）（被还原）n +还原出金属的难还原出金属的难易由谁决定？易由谁决定？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

5、原出该金属就越属就越 。易易难难难难结论：结论： 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 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金属活动性顺序金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属活动性由强逐渐减弱金属活动性由强逐渐减弱（1）物理提取法）物理提取法 (适用于极不活适用于极不活泼的金属泼的金属Pt、Au) （ 2）热）热分解分解 (3)电解法电解法 (4)热还原法热还原法二二 、 金属冶

6、炼的方法的选择金属冶炼的方法的选择快速阅读课本快速阅读课本88，89页内容，找出页内容，找出金属冶炼有多少种方法，分别是什金属冶炼有多少种方法，分别是什么？适用于金属活动顺序表中的哪么？适用于金属活动顺序表中的哪些金属些金属?3 3、金属冶炼的一般方法：、金属冶炼的一般方法：1.物理提取法物理提取法 (适用于极不活泼的金属适用于极不活泼的金属Pt、Au)练习练习: :写出写出HgOHgO，AgAg2 2O O受热分解的化学方程式受热分解的化学方程式2Hg gO = 2Hg g + O22Ag g2O = 4Ag g + O2 2、热分解法、热分解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn

7、Pb (H) Cu Hg Ag电解法电解法 在金属活动性顺序中，在金属活动性顺序中，K、Na 、Ca、Al 等几种等几种金属的金属的还原性很强还原性很强，这些金属的阳离子，这些金属的阳离子难得电子难得电子，因，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出此不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，而只能用通电通电分解其分解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。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt AuK Ca Na Mg Al3、电解法、电解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu

8、 Hg Ag Pt Au2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2 电解电解练习练习: 写出电解写出电解MgCl2、Al2O3的化学方程式的化学方程式 MgCl2 = Mg + Cl2电解电解 2Al2O3 = 4Al +3O2电解电解冰晶石冰晶石(熔融）熔融）(熔融）熔融）为什么制取镁时用为什么制取镁时用MgCl2而不用而不用MgO制取铝时用制取铝时用Al2O3而不用而不用AlCl3?答：因为答：因为MgO的熔点很高，熔融所耗电量会非常大，的熔点很高，熔融所耗电量会非常大，成本较高，所以不用成本较高，所以不用MgO而用而用MgCl2。 因为因为AlCl3是比较特殊的盐类，它是共价化合物

9、，是比较特殊的盐类，它是共价化合物，不是离子化合物，在电解时不能电离出离子，不导不是离子化合物，在电解时不能电离出离子，不导电，所以这是一种非常特殊的情况，采用了电，所以这是一种非常特殊的情况，采用了Al2O3来通电制来通电制Al。4、热还原法、热还原法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgZn Fe Sn Pb (H) CuCuO+H2 = Cu + H2OFe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 注：除了注：除了CO、H2、C等做还原剂外，一些活等做还原剂外，一些活 泼金属如泼金属如Al等也可做还原剂还原等也可做还原剂还原 金属金属 探究实验探究实

10、验4 - 1【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？反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中被烧穿，有熔融物落入沙中铁。铁。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温1 1、镁条的作用是什么？、镁条的作用是什么？2 2、氯酸钾的作用是什么？、氯酸钾的作用是什么？铝热反应铝热反应 问题问题:镁条的作用镁条的作用:氯酸钾的

11、作用：氯酸钾的作用：提供热量提供热量,促使促使KClO3分解。分解。KClO3分解放出分解放出O2,使使Mg条剧烈燃烧条剧烈燃烧,单位时间内单位时间内放放 出更多的热量出更多的热量,以引发以引发Al和和Fe2O3的反应。的反应。相关化学反应方程式：相关化学反应方程式：结论：结论：一些活泼的金属也可作还原剂。一些活泼的金属也可作还原剂。2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温铝某些金属氧化物铝某些金属氧化物 Al2O3金属金属高温高温反应原理铝作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物 还原为金属单质的反应(置换反应）3MnO2+4Al =高温高温Cr2O3+2Al =高温高温3Co3O

12、4+8Al =高温高温其它铝热反应其它铝热反应 3Mn+ 2Al2O32Cr + Al2O39Co + 4Al2O3铝热反应铝热反应铝铝热热反反应应的的应应用用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物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，冶炼钴、铬、锰等。反应，冶炼钴、铬、锰等。湿法炼铜湿法炼铜:Fe+CuSO4FeSO4+Cu火法炼铜火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2高温高温返回其它冶炼方法：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

13、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分热分解法解法Pt、 Au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物理提物理提取法取法 法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一具几乎全是用银制成的，唯有

14、他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？多的铝碗呢？思考思考 由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度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，直至超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。珠宝店的高档货。 自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工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，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成艺不断改进，现在人

15、们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是分是Al2O3，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家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。万户。注意：正常人的人体内，每注意：正常人的人体内，每70公斤体重约含公斤体重约含61毫克铝。毫克铝。铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。导致

16、神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。 思考：为什么人类使用铁器比使用铜器思考：为什么人类使用铁器比使用铜器 晚？使用铝制品又比使用铁制品晚？晚？使用铝制品又比使用铁制品晚？ 答：金属越活泼，冶炼难度越大，发现得答：金属越活泼，冶炼难度越大，发现得通常越晚。通常越晚。 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：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

17、土矿资源。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。阅读： 4. . 主要主要途径途径有：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 金属资源的可持续发金属资源的可持续发展展金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护1、下列各种冶炼方法中，可以制得

18、、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C：2、铝能用来冶炼难熔金属（如、铝能用来冶炼难熔金属（如Fe 、V、Mn等），等），这是因为铝有这是因为铝有( ) A两性两性 B良好导电性良好导电性 C熔点低熔点低 D还原性，在反应中放出大量热还原性，在反应中放出大量热D3、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 电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理提取物理提取法法4 4、金属冶炼的目的是、金属冶炼的目的是 （ ）A A、把金属化合物还原为金属单质、把金属化合物还原为金属单质 B B、除去金属中的杂质、除去金属中的杂质C C、把金属单质变为氧化物、把金属单质变为氧化物 D D、把电能转变为化学能、把电能转变为化学能5 5、工业上常采用电解法冶炼的金属是、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ） A A、Fe BFe B、Cu CCu C、Al DAl D、A