8.1第1课时金属矿物的开发利用课件高一化学人教版

第8章化学与可持续发展

第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用导入一在自然界中,除了金、铂等极少数金属,绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。但我们往往使用的金属材料是纯金属或合金,那么如何从矿石中得到金属单质呢?导入二我国晋代炼丹术士葛洪所著《抱朴子》中记载:“丹砂烧之成水银。”北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载有:“信州铅山县有苦泉,流以为涧。挹其水熬之,则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。”以上文献中涉及了哪些金属的冶炼?导入三冶金,是指从矿物中提取金属或金属化合物,用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金具有悠久的发展历史,从石器时代到随后的青铜器时代,再到近代钢铁冶炼的大规模发展,人类发展的历史融合了冶金的发展历史。冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金。随着物理化学在冶金中成功的应用,冶金从工艺走向科学,于是有了大学里的冶金工程专业。金属矿物是如何开发利用的呢?这节课我们一起来探讨。一、金属矿物的开发利用播放视频“钢铁是怎样炼成的”。一、金属矿物的开发利用阅读教材,思考并交流以下几个问题。1.金属的冶炼指什么?2.金属冶炼有哪些方法?金属活动性顺序与金属冶炼方法有没有联系?如果有,有什么规律吗?1.金属冶炼：将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。例如：一、金属矿物的开发利用2.金属冶炼的实质: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原子。3.金属的冶炼方法:(1)物理提取法:用于提取最不活泼的金属。Au、Pt等金属在自然界中主要以单质的形式存在,可用物理方法分离得到,如“沙里淘金”。特点:适用于极不活泼的金属的冶炼。一、金属矿物的开发利用(2)热分解法:对一些不活泼金属(如Hg、Ag),可以直接用加热分解的方法将它们从其化合物中还原出来。例如:2HgO

2Hg+O2↑、2Ag2O

4Ag+O2↑特点:适用于一些不活泼的金属(如Hg、Ag)。思考:古代炼丹术士葛洪,曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”。此冶炼方法涉及的化学反应是什么呢?HgS

Hg+S一、金属矿物的开发利用(3)电解法:对一些非常活泼的金属,采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来,工业上常用电解法冶炼。例如:2NaCl(熔融)

2Na

+

Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+

Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al

+

3O2↑特点:适用于K、Ca、Na、Mg、Al等非常活泼的金属。一、金属矿物的开发利用思考：为什么冶炼镁时电解MgCl2而不是MgO,冶炼铝时电解Al2O3而不是AlCl3?(已知:MgO的熔点为2

852

℃,MgCl2的熔点为118

℃)工业上采用电解法冶炼铝的材料是Al2O3,而不是AlCl3,这是因为AlCl3是共价化合物,熔融时无法电离出自由移动的离子,不能导电;工业上采用电解法冶炼镁的材料是MgCl2,而不是MgO,这是因为MgO虽是离子化合物,但其熔点太高,熔融时会消耗大量热能,成本较高。一、金属矿物的开发利用(4)热还原法:大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应来完成的,常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等,如用氢气还原氧化铜、用一氧化碳还原氧化铁。一些活泼金属也可作还原剂,将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来,如铝热反应。CuO

+

H2

Cu

+

H2OFe2O3

+

3CO

2Fe

+

3CO2Fe2O3

+

2Al

2Fe

+

Al2O3一、金属矿物的开发利用特点:适用于大多数中等活泼金属的冶炼,用于冶炼较活泼的金属,在金属活动性顺序表中居于中间区域的金属(如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu)可用此法。思考:当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,让熔融的铁水流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起。其中的原理是什么呢?铝热反应一、金属矿物的开发利用播放视频“铝热反应”。一、金属矿物的开发利用实验现象实验结论实验原理剧烈燃烧,火花四射,放出大量的热,纸漏斗被烧穿,有灼热的熔融物落入沙中,待冷却后变成黑色固体在高温下,铝与Fe2O3发生反应,放出大量的热Fe2O3

+

2Al

2Fe

+

Al2O3观察、记录实验现象,分析得出实验结论。一、金属矿物的开发利用1.铝热反应利用铝的强还原性,在高温条件下将某些金属从其氧化物中还原出来。铝热反应是个放热反应,其中的镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂。铝热反应可以应用在生产上，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。2.其他冶炼金属的方法:湿法炼铜、火法炼铜。CuSO4

+

Fe

Cu

+

FeSO4(湿法炼铜)Cu2S

+

O2

2Cu

+

SO2(火法炼铜)一、金属矿物的开发利用归纳总结-金属冶炼方法与金属活泼性的关系二、合理开发和利用金属资源生产

1

mol

铝消耗的电能至少为

1.8×106

J,回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比,前者的能耗仅为后者的

3%~5%。通过对上述数据的分析和对比,你想到了什么?用铝土矿生产铝,能耗高,资源消耗量大,在生产过程中会产生大量的废气、废液及废渣,对大气、水体及土壤会产生很大污染;而用废旧饮料罐生产铝,能耗低,资源消耗量小,对环境污染很小,变废为宝,既可以减少废旧金属对环境的污染,还可以提高矿物的有效利用率,是可持续发展的必然要求。二、合理开发和利用金属资源阅读教材,归纳合理开发和利用金属资源的主要途径。(1)提高金属矿物的利用率。(2)开发环保高效的金属冶炼方法。(3)防止金属的腐蚀。(4)加强废旧金属的回收和再利用。(5)使用其他材料代替金属材料。二、合理开发和利用金属资源拓展延伸-自然资源与可持续发展自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础,包括土地与土壤资源、矿产资源、生物资源、水资源、能源资源、环境资源等,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、环境可持续发展等方面。二、合理开发和利用金属资源小试牛刀1.判断正误。(1)利用化合物冶炼金属时,金属元素一定发生还原反应。(

)(2)越活泼的金属,人类利用得越晚。(

)(3)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠。(

)(4)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al。(

)(5)铝热反应的本质是用铝将活泼性比铝弱的金属从其化合物中置换出来。(

)√√√××二、合理开发和利用金属资源2.如图为铝热反应的实验装置,请回答下列问题:(1)写出该铝热反应的化学方程式:___________________________。(2)若将氧化铁换成氧化镁,该反应_____(填“能”或“不能”)发生,理由是__________________________。Fe2O3+2Al

2Fe+Al2O3不能镁比铝活泼,铝不能置换出镁二、合理开发和利用金属资源(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中,可能看到的现象是__________________________。(4)假设铝足量且反应充分,设计一种实验方案,证明本实验中有单质铁生成:_________________________________________________________________________________________________________________________。部分固体溶解,有气泡产生取适量反应后的固体混合物,先用足量NaOH溶液除去铝,再加入稀硫酸,有气泡冒出,说明有铁生成(或用磁铁靠近固体,有固体可被磁铁吸引,说明有铁生成)三、铝的冶炼播放视频:“铝土矿冶炼Al”。三、铝的冶炼小试牛刀用铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)冶炼Al,流程

Ⅰ

如下:三、铝的冶炼写出与Al有关的离子方程式:①___________________________________;②___________________________________;③___________________________________。Al2O3+6H+

2Al3++3H2OAl3++4OH-

[Al(OH)4]-CO2+[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+HCO3-三、铝的冶炼流程Ⅱ:写出与Al有关的离子方程式:④___________________________________;⑤___________________________________;⑥___________________________________。Al2O3+3H2O+2OH-2[Al(OH)4]-[Al(OH)4]-+4H+Al3++4H2OAl3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+总结课堂练习1.下列有关金属冶炼的说法中不正确的是(

)A.金属冶炼的实质是金属阳离子被还原成单质B.用炭粉或铝粉还原铁矿石可以获取金属FeC.通过电解NaCl溶液的方法可以获取金属NaD.冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜C课堂练习2.西汉刘安所著的《淮南万毕术》中有“曾青得铁,则化为铜,外化而内不化”,该反应被认为是现代湿法冶金术之祖。下列说法正确的是(

)A.硫酸铜晶体的化学式为CuSO4·5H2O,是混合物B.“内不化”是因为内部的铁活泼性比表面的铁活泼性差C.上述反应的离子方程式为2Fe

+

3Cu2+

2Fe3+