8.1.1金属矿物的开发利用 课件

第八章化学与可持续发展人教版高中化学必修第二册第一节自然资源的开发应用第1课时金属矿物的开发利用

金属矿物海水资源化石燃料法国皇帝拿破仑三世是一个奢靡的人，同时也喜欢炫耀自己。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢?《拿破仑的铝碗》任务一

金属材料的发展历史1.金属元素的存在黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿自然金自然银自然铜自然铁(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。(2)绝大多数金属以化合物的形式存在。(3)在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。2.金属材料的发展历史任务一

金属材料的发展历史1)从古到今的社会发展：数字时代（硅）原始社会

奴隶社会农业社会现代社会未来社会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：KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu约200年前约3000年前铁器时代约5000年前青铜时代约10000年前金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。问题：金属在历史上出现的时间和哪些因素有关呢？任务二

金属材料的冶炼方法根据历史文献记载，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Cu2(OH)2CO3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2HgS+3O2=2HgO+2SO2加热Fe+CuSO4=Cu+FeSO42CuO+C=2Cu+CO2↑Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2↑高温高温火约200年前火法炼铜任务二

金属材料的冶炼方法问题：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）。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。引燃剂助燃剂铝热剂：蒸发皿中铺少量细沙的作用：1、防止蒸发皿炸裂；2、防止生成的熔融物溅出。铝和比铝活泼性弱的金属的氧化物组成的混合物。任务二

金属材料的冶炼方法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。电解法任务二

金属材料的冶炼方法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问题：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：氯化铝是分子晶体，在熔融状态下不导电！2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑电解冰晶石MgCl2(熔融)=Mg+Cl2↑电解CaCl2(熔融)=Ca+Cl2↑电解2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑电解2KCl(熔融)=2K+Cl2↑电解任务二

金属材料的冶炼方法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、钴很稳定金属的冶炼实质

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单质。（化合态）Mn+得电子M（游离态）（被还原）任务二

金属材料的冶炼方法问题：如何从铝土矿(主要成分为Al2O3还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等)中获得铝单质？途径一先酸后碱Al2O3Fe2O3SiO2Al3+、Fe3+Fe(OH)3AlO2-Al(OH)3加HCl后过滤SiO2Al2O3加NaOH后过滤过量CO2灼烧电解AlAl2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2OFeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaClHCl+NaOH=NaCl+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2ONaAlO2+H2O+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3NaOH+CO2=NaHCO3Al(OH)3Al2O3+3H2O加热Al2O3(熔融)

4Al+3O2电解核心思路：除杂提取出纯净的氧化铝再电解任务二

金属材料的冶炼方法问题：如何从铝土矿(主要成分为Al2O3还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等)中获得铝单质？途径二先碱后酸Al2O3Fe2O3SiO2AlO2-、SiO3-H2SiO3Al3+Al(OH)3NH3•H2O加NaOH后过滤Fe2O3Al2O3加HCl后过滤灼烧电解AlAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OSiO2+2NaOH=NaSiO3+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaClNaAlO2+4HCl=NaCl+AlCl3+2H2ONaOH+HCl=NaCl+H2OAlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4ClHCl+NH3·H2O=NH4Cl+H₂OAl(OH)3Al2O3+3H2O加热Al2O3(熔融)

4Al+3O2电解核心思路：除杂提取出纯净的氧化铝再电解任务二

金属材料的冶炼方法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。”任务三

金属矿物的合理开发与利用问题：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