化学人教版（2019）必修第二册8.1.1 金属矿物的开发利用（共29张ppt）

(共29张PPT)
人教版必修第二册
第八章 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
一、金属矿物的开发利用
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）M n+
得电子
M（游离态）
（被还原）
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性逐渐减弱
金属活动性不同，还原方法一样吗？金属活动顺序与金属冶炼有关系吗？
一、金属矿物的开发利用
青铜器时代
铁器时代
铝等多种金属的使用
资料1. 古代炼丹术家葛洪的《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”；
唐代诗人刘禹锡在《浪淘沙九首》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”；
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，烹胆矾则成铜；熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。
以上资料中涉及了哪些金属的“冶炼”？
丹砂:HgS
资料2.中国是世界最早对金属资源进行利用的国家。
（1）火法炼铜，将孔雀石和焦炭混合加热炼铜。先将孔雀石[Cu2(OH)2CO3]加热分解成黑色固体、水和二氧化碳三种氧化物，然后利用焦炭去高温还原获得金属铜。方程式为:
（2）两千多年前，我国古代劳动人民掌握了炼铁技术，用CO在高温下还原铁矿石中的铁，写出方程式 。
Cu2(OH)2CO3==2CuO+CO2↑+H2O
△
2CuO+C==2Cu+CO2↑
高温
资料3.近代1886年，美国大学生霍尔和法国大学生艾鲁独立研究电解制铝。在实验中霍尔发现向氧化铝中加入冰晶石，可以将氧化铝熔化的温度从2050°C降到950°C。这一创新是人类可以大规模的生产铝。写出方程式，并指出创新的价值是什么？
思考讨论：选择合适角度对常见金属冶炼的反应进行分类。
2Al2O3===4Al+3O2↑
通电
冰晶石
3、金属冶炼的原理与方法
（古代） （近代）
Au Ag Hg Cu Fe Al Mg Na K
Au Pt Ag Hg Cu Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K
① 物理提取法
② 热分解法
2HgO====== 2Hg ＋ O2 ↑
加热
2Ag2O ===== 4Ag＋O2 ↑
加热
③ 热还原法
Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2
高温
2CuO + C ====== 2Cu +CO2↑
高温
2CuO + H2 ====== 2Cu +H2O
Fe2O3＋2Al ===== 2Fe＋ Al2O3
④ 电解法
2Al2O3 (熔融) ===== 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑
电解
金属活动性渐强
3、金属的冶炼方法
一、金属矿物的开发利用
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
【思考与交流】
1. 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。
2.为什么越活泼的金属被人类利用越晚？
因为金属越活泼，其离子的氧化性越弱，就越难被还原，故制取和利用的时间越晚。
金属的活泼性与冶炼方法的关系

金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
【归纳总结】
二、铝热反应的原理
Fe2O3+ 2Al = 2Fe + Al2O3
高温
现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。
铝
热
剂
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。一些活泼的金属也可以作为还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来，如铝热反应。
二、铝热反应的原理
【思考与交流】
1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？
铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。
2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？
镁条是引燃剂，氯酸钾为助燃剂，点燃镁条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。
3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？
一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。
4、据反应原理，Fe2O3和Al的质量比为多少最好？
3∶1或铝稍稍过量
铝热反应的原理可以应用在生产上，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、锰等等高熔点金属。
二、铝热反应的原理
3MnO2+4Al 2Al2O3+3Mn。
高温
====
Cr2O3 + 2Al == 2Cr + Al2O3
高温
(1)所有金属单质必须通过化学反应才能获得(　　)
(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　　)
(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　　)
×
√
【判断正误】
√
(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(　　)
(5)铝热反应本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来(　　)
×
√
【思考与讨论】
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。
资料卡片：(1)以铝土矿为原料生产1 kg铝的资源及能耗
铝土矿：4 kg　煤：0.5 kg　燃料油：0.25 kg
纯碱：0.5 kg　石灰：0.5 kg　氟化钙：0.04 kg
焙烧碳素：0.6 kg　冰晶石：0.03 kg
电能能耗≥6.7×107 J
(2)以废旧饮料罐生产1 kg铝消耗资源及能耗废旧饮料罐1.01 kg，电能能耗≤3.35×106 J
试从能源消耗和环境污染两个角度分析加强废旧金属回收利用的重要性。
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有效利用率，是可持续发展的必然要求。
【思考与讨论】
金属矿物资源有限，金属冶炼也会耗能，容易污染环境
合理利用矿物资源
途径
提高金属矿物的利用率
减少金属的使用量
加强金属资源的回收和再利用
使用其他材料代替金属材料
三、合理利用金属资源
【资料卡片】
自然资源与可持续发展
自然资源是人类社会发展不可或铸的自然物质基础，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。它包括经济可椅续发展、社会可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展等方面。
自然资源
【课堂练习】
1.工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是（ ）
A.金属在自然界的存在形式
B.金属元素在地壳中的含量
C.金属熔点高低
D.金属阳离子得电子的能力
D
2.已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测，下列事件发生在铁器时代之前的是（ ）
A.金属钠的使用 B.青铜器的大量使用
C.海水提镁 D.铝热法制铬
【课堂练习】
B
3.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法　②水煤气(或氢气或一氧化碳)法　③活泼金属置换法　④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是（ ）
A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用②
C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④
【课堂练习】
B
4.关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是（ ）
A.对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B.重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋
C.废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐
D.照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
【课堂练习】
B
5.铝能用于冶炼难熔的金属(如Cr、V、Mn等)，这不是因为（ ）
A.铝具有还原性
B.铝具有导电性
C.铝较Cr、V、Mn等价格便宜
D.冶炼反应放出大量的热
【课堂练习】
B
6.下列说法错误的是（ ）
A.有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂
B.加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜
C.金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子
D.回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物
【课堂练习】
B
练习1：
古代的“药金”外观与金相似，常误以为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜矿(Cu2O)和木炭 混合加热至800 ℃得金光闪闪的“药金”。
(1)“药金”的主要成分是__________。
(2)有关的化学方程式是_______________。
Cu、Zn
ZnCO3 ZnO＋CO2↑，ZnO＋C Zn＋CO↑，Cu2O＋C 2Cu＋CO↑
练习2：
黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫和铁的化合物。
(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O2 8Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2
若CuFeS2中Fe的化合价为＋2，反应中被还原的元素是________(填元素符号)。
Cu、O
分析方程式中各元素化合价可知： ，氧元素、铜元素在反应中被还原。
传说拿破仑三世的刀叉具和纽扣都是用铝制造的。筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。