化学人教版（2019）必修第二册8.1.1 金属矿物的开发利用 课件（共28张ppt）

(共28张PPT)
第一节 自然资源的开发利用
金属矿物的开发利用
必修第二册 第八章 化学与可持续发展
活动1：阅读教材，联系生活，了解自然资源与可持续发展
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
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
历史的进程离不开化学材料的研究
人类社会的发展历史,就是材料的开发历史。据此人们也把历史按照材料的应用阶段作为划分时代的标志,如石器时代、青铜器时代、铁器时代、蒸汽、电气时代等。每一次社会变革，均来自于新材料的使用与创新，18世纪开始有了钢铁工业，19世纪中期有了新的炼钢技术.20世纪中期金属材料得到广泛使用进入21世纪，高分子材料与新型无机非金属材料如SiO和氮化镓等材料的使用让信息时代提前到来。
未来新材料的研究与创新，必然引领人类进入航天时代，将走出地球迈向太空。
学习任务一：了解我国的历史文明进程，如果用一种化学物质作为代表，你会选择什么
铁器时代
青铜时代
石器时代
标志:石器;
代表物:岩石、矿石(原料)-陶土、陶罐
标志:铁器，春秋时期;
代表物:生铁、水银(Hg)
标志:青铜器;商周时期;
代表物:金、银、青铜(铜锡合金)
中国的历史文明进程，其实也是金属冶炼的发展史。
历史成就了化学，化学也推进历史文明进程的前进。
学习任务一：了解我国的历史文明进程，如果用一种化学物质作为代表，你会选择什么
信息时代
电器时代
蒸汽时代
标志:蒸汽机;清朝时期;
代表物:合金(钢铁)、煤、石油
标志:互联网。
代表物:光导纤维、氮化镓、砷化镓等新材料
标志:电灯、电话、汽车、飞机。
代表物:合金(铝合金、钛合金等)、石油工业
中国已进入航空时代，新材料、新技术的发展离不开化学工作者们的共享!
辉铜矿(Cu2S)
赤铁矿(Fe2O3)
闪锌矿(立方ZnS)
菱镁矿（MgCO3）
孔雀石(Cu2(OH)2CO3)
方铅矿(PbS)
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
问题1:阅读课本及学案资料，思考金属元素在自然界中的存在形式是什么？
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
(1)游离态(单质):极少数不活泼金属--金、铂;
(2)化合态(化合物):绝大多数金属:如Ag、Hg、Cu、Fe、 Al、Na等
问题1:阅读课本及学案资料，思考金属元素在自然界中的存在形式是什么？
问题2:人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，如何从矿石中得到金属单质？
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
问题3：以上文献中涉及了哪些金属的“冶炼”？写出相关的化学方程式。
①古代炼丹术士葛洪所著《抱朴子》中记载：“丹砂(HgS)烧之成水银。”
②唐代诗人刘禹锡在《浪淘沙九首》（之六）中有云：“日照澄洲江雾开，淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。”
③北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道：“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之，则成胆矾（CuSO4 5H2O)，熬胆矾铁金，久之亦化为铜。”
问题4：根据所写方程式中反应前后金属元素的化合价变化分析，金属冶炼的实质是什么？
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
1、金属的冶炼：
将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。
2、金属冶炼的实质：
是利用　 　　　　　原理，使矿石中的金属离子　　　电子被________成金属单质。即： 。
氧化还原反应
得到
还原
Mn＋＋ne－ = M
金属矿物的冶炼步骤： → → → 。
【归纳总结】
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
问题5：从古至今，人们用哪些方法获得金属？
物理方法、热分解法、电解法、热还原法
问题6：根据不同金属离子得电子的能力思考：是活泼的金属容易冶炼还是不活泼的金属容易治炼？金属的冶炼方法与金属的活动性有什么关系？
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
《史记》记载:秦始皇陵“水银为百川江河大海”。中国古书《木草图经》上
记载了水银的制作方法:水银出于丹砂者，乃是山石中采粗次朱砂(Hg0)，作炉置砂于中，下承以水，上覆以盎器，外加火煅养则烟飞于上，水银溜于下，其色小白浊。
（1）.直接加热分解法（适合一些不活泼金属）
2HgO === 2Hg + O2 ↑
2Ag2O === 4Ag + O2 ↑
HgS ===2Hg + S
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
（2）.热还原法:适用于相对不活泼的金属，如Fe、Cu;
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高温
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高温
3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3
高温
Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O3
高温
3Co3O4+8Al 9Co + 4Al2O3
高温
3V2O5+10Al 6V+ 5Al2O3
高温
铝热剂
【知识拓展】铝热反应冶炼金属
1、概念：
2、原理：
3、铝热剂：
5、氯酸钾作用：
6、反应的特点：
铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并
放出大量热的化学反应。
铝＋某些金属氧化物 金属＋氧化铝　
高温
铝和某些金属氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、V2O5）组成的混合物。
在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。体现铝的还原性、氧化铝熔点高的性质。
4、镁条作用：
提供高温条件（引燃剂）
助燃剂
【知识拓展】铝热反应冶炼金属
(1)焊接钢轨，
(2)冶炼金属。
【学以致用】
学习任务二：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用
（3）.电解熔融法:适用于非常活泼的金属，如K、Ca、Na、Mg、Al;
MgCl2 (熔融)=== Mg + Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融)==== 4Al + 3O2↑
电解
冰晶石
2NaCl (熔融)===2Na + Cl2↑
电解
冰晶石的化学式是Na3AlF6（六氟合铝酸钠），其作用是降低氧化铝熔化所需温度，降低能耗。
课堂评价一：
【思考与交流】
1.查阅相关资料，电解法冶炼金属时，钠、镁都是电解熔融氯化物。而铝则是电解熔融氧化铝，为什么呢
要点:①从物质结构角度分析，NaCl、MgCl2为离子化合物，高温熔融后电离为自由移动的离子，通过电解得到金属钠、镁，而AlCl3，为共价化合物，熔融状态下无法电离，即无法导电;
②从能量损耗角度考虑，Mg0熔点太高，熔化所需温度较高，能量损耗率高;Al2O3 虽然熔点也较高，却可以通过加入冰晶石作助熔剂，使其更易熔化，可用于电解制备Al。
课堂评价一：
【思考与交流】
2.铝元素在地壳中含量第一位，为什么铝要到电气时代才开始被发现并大范围使用，比青铜时代(铜)、铁器时代(铁)要晚得多
要点:铝是一种金属性较强的金属，用一般的还原剂难以将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段--电解法进行冶炼，只有发明了电及电解法后，铝才被大量提炼。
课堂评价一：
【思考与交流】
3.结合中国历史文明进程思考，人类冶炼、使用金属的先后顺序与金属活动性有什么关系
要点:金属越活泼，其阳离子氧化性越弱，越难以被还原，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的越晚，所以人类首先使用天然的石器打磨后作为武器，然后就是以游离态形式存在的金、银，只需加热分离即可，再然后才有青铜器的使用，包括火法炼铜、湿法炼铜，再然后才是铁器时代，有高炉炼铁等……
课堂评价一：
【思考与交流】
4.从自然界中获取金属单质，是否都需要发生氧化还原反应
要点:不需要，如金、银，主要以游离态形式存在于自然界中，一般采用富集的方法就可以获得，如淘金热说法。
学习任务二：整合归类金属矿物的冶炼方法
【归纳总结】
金属活动性顺序
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
铝热法
热分
解法
富集
法
单质形式存在
学习任务三：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用指导思想
我们可以做什么？
和谐发展
计算表明，生产1 mol 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，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？请将你的想法和同学交流。
思考与交流
学习任务三：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用指导思想
问题1:为什么要合理开发和利用矿物资源？有哪些合理开发利用矿物资源的途径？
学习任务三：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用指导思想
1.实际过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。
2.加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。
3.必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。
地球上的金属矿物资源是有限的，且分布不均。人类通过金属的冶炼，每年从自然界中提取数亿吨计的金属，这个过程会消耗许多能量，也易造成环境污染。而金属的腐蚀现象普遍存在，也造成了大量的损失。
途径
提高金属矿物的利用率
开发环保高效的金属冶炼方法
加强废旧金属的回收和再利用
使用其他材料代替金属材料
防止金属的腐蚀
学习任务三：通过史料与文献挖掘金属矿物的开发利用指导思想
课堂评价二：
5、下列说法正确的是（ ）
A.金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来
B.冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C.金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化
D.金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大
A
课堂评价二：
6、下列金属的冶炼方法中正确的是
A.电解氯化钠溶液冶炼金属钠
B.电解熔融的氯化铝冶炼金属铝
C.将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁
D.用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁
D
结束语
化学就是当代的“炼金术”！
认识世界
改造世界
保护世界