【化学】金属矿物的开发与利用 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

教学目标1．通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模式。第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用第一课时金属矿物的开发利用世界各国冲突——自然资源的争夺世界铁矿储量图示世界锂矿储量图示常见金属元素在地壳中的存在游离态矿物(极少量金属)金矿石(Au)银矿石(Ag)铂矿石(Pt)铜矿石(Cu)陨铁（Fe）常见金属元素在地壳中的存在化合态矿物(多数金属)赤铁矿（Fe2O3）黄铜矿（CuFeS2）磁铁矿（Fe3O4）黄铁矿（FeS2）钙钛矿（CaTiO3）铝土矿（AI2O3）任务一：了解材料历史，探寻冶金方法1.从古到今的社会发展：数字时代（硅）引领社会发展原始社会

奴隶社会农业社会现代社会未来社会发展生产力资源争夺战石器时代青铜器时代铁器时代合金时代（钢、铝、钛等）2.对应的材料发展：3.材料作用：适应自然改造自然现代文明需要任务一：了解材料历史，探寻冶金方法阅读历史文献记载，总结下列有关金属的冶炼方法：朝代利用矿物

历史记载的材料冶炼方法夏朝金矿“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”东晋硫化汞矿炼丹家葛洪《抱朴子》“丹砂（HgS）烧之成水银”。西汉硫酸铜矿西汉刘安《淮南万毕术》“曾青得铁则化为铜”。商朝孔雀石矿西汉贾谊《鹏鸟赋》且夫天地为炉兮，造化为工；阴阳为炭兮，万物为铜。战国赤铁矿《秋浦歌》炉火照天地，红星乱紫烟。物理富集法热分解法湿法炼铜热还原法热还原法利用矿物冶炼方法化学反应方程式丹砂硫化汞矿（HgS）热分解法硫酸铜矿湿法炼铜孔雀石矿Cu2(OH)2CO3热还原法赤铁矿热还原法写出冶炼汞、铜、铁方程式及冶炼原理2HgO=2Hg+O2↑加热2HgS+3O2=2HgO+2SO2加热Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

Cu2(OH)2CO3=2CuO+H2O↑+CO2↑高温高温2CuO+C=2Cu+CO2↑CuO+CO=Cu+CO2↑高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2↑高温——氧化还原的方法热还原法：

——不起眼的木炭，开启了人类金属时代！问题1：新石器时期，人类就发明了制陶术，窑温达1000多℃，请评价此窑温冶炼出的铁质量？(铁熔点1535.4℃)问题2：热还原法中,还原CuO、Fe2O3固体时可以用木炭(C)也可以用一氧化碳(CO)，你能评价一下这两种还原剂使用效果？现代炼铁高炉燃烧温度控制在2250-2350℃问题3：湿法炼铜的本质是利用铁与铜盐溶液置换出金属铜（Fe+CuSO4=Cu+FeSO4）。你能举例说明金属在非水溶液体系中也存在的置换反应吗？铝热反应的应用：早期应用于野外铁轨焊接；2.冶炼难熔金属如钨、铬、锰等。铝热反应：2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3高温Na(l)+KCl=K(g)+NaCl高温约850℃时反应,钾沸点比钠低,钾以气体形式离开反应体系,平衡就不断右移。任务二：总结归纳金属冶炼规律人类历史冶炼金属时间表：金属元素符号冶炼时间冶炼原理冶炼条件金Au前6000年物理富集、筛选法银Ag前5000年热分解法400℃汞Hg前3000年热分解法500℃铜、锡Cu、Sn前5000年800℃1200℃铁Fe前2500年锌Zn1746年铝Al1827年镁、钙Mg、Ca1808年钠、钾Na、K1807年热还原法汉弗莱·戴维(H.Davy，1778-1829)？1807年戴维用电解的方法得到钠、钾，1808年又电解得到镁、钙、锶、钡。电解法19世纪初，戴维成功地利用电化学方法从KOH、NaOH中制得K、Na，他也从开始尝试氧化铝中提取铝。氧化铝高温熔融液态氧化铝电解铝铝的制备思考1：氯化铝熔点比氧化铝低得多，工业上为什么不采用电解氯化铝来制备铝呢？物质Al2O3AlCl3熔点2015℃195℃制取流程：由于氧化铝熔点（2015℃）太高，要融化耗能太多，故工业生产中往往加入冰晶石，以降低融化温度。氯化铝的分子结构示意图ClClClClClClAlAl氯化铝是分子晶体，在熔融状态下不导电！总结并写出电解法取活泼金属钾、钙、钠、镁、铝等化学方程式？思考2：一般情况下，同种金属的氧化物的熔点要大于氯化物的熔点。钠、镁的两种常见化合物熔点如下，四种物质都是离子化合物，则制取钠、镁单质时一般电解那类物质？氯化镁氧化镁氯化钠氧化钠熔点7120C28000C8010C12750CMgCl2(熔融)=Mg+Cl2↑电解2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑电解冰晶石CaCl2(熔融)=Ca+Cl2↑电解2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑电解2KCl(熔融)=2K+Cl2↑电解KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu活泼电解法(氧化物、氯化物)较活泼热还原法(C、CO、H2、Al等)不活泼热分解法(氧化物)物理方法钒、铬、锰、钴制备方法模型：金属使用、冶炼与金属活动性的关系很稳定铜、银、金器约5000年前铁器约2500年前铝器约200年总结：人类使用金属年代的先后跟金属的那些因素有关？①金属的活动性②与人类的冶炼技术有关例：铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅。工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：铝土矿a过量的NaOHb盐酸①②③c④d电解Al⑤请判断流程中的a、b、c、d分别是什么物质？写出反应①、②、③、④、⑤5步反应反应方程式。任务三：了解从铝土矿提取铝的流程，明晰工业流程分析模型Al2O3Fe2O3SiO2①HClAlCl3FeCl3SiO2固体②过量NaOH过滤Na[Al(OH)4]Fe(OH)3固体③通过量CO2Al(OH)3④加热Al2O3过滤电解⑤Al原料预处理（得到纯度高、含量高的氧化铝固体）核心反应无机工业制备流程的主要设计模型原料原料预处理

核心化学反应反应条件的控制目标产物产品的分离与提纯原料的循环利用排放物的无害化处理规律：“主线主产品，分支副产品，回头为循环。”思考与讨论：

计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比较，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析与比较，结合书本P99的图8-1