人教版必修二 8.1 自然资源的开发利用 课件(共25张PPT)

(共25张PPT)
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
金属矿物的开发利用
自从有了“铝”，
生活里出现很多奇迹
奇迹之“铝”
课堂之“铝”
任务一 探寻之“铝”
任务二 修炼之“铝”
任务三 重生之“铝”
任务四 展望之“铝”
任务一 探寻之“铝”
国之重器
燃素学说的创立者施塔尔最早发现明矾[KAl(SO4)2·12H2O]里含有一种与普通金属（金、银、铜、铁）不同的物质，但是限于当时的条件，他无法提炼出来。
炼铜工艺的发展史
任务一 探寻之“铝”
施塔尔，为什么不用C/CO热还原法提炼铝？
红外测温显示约2000℃ 碳热还原60min后得到金属铝
烧木炭的方法可使炼铁温度达到1200度，这几乎是当时能够达到的最高工艺温度。
问题1、当时的人们用什么方法获得金、银、铁、铜？
冶炼方法和什么相关？
明矾石
任务一 探寻之“铝”
1827年德国化学家维勒
1849年制得黄豆大的铝
问题2、碳还原得到铝不纯，可以用什么办法提纯？
C
2000℃
Cl2
AlCl3
K
Al
Al、C、
Al4C3
Al2O3
Al(OH)3
1854年，法国化学家德维尔
Na
Al
问题3、德维尔改用钠作还原剂，有什么优势？
任务一 探寻之“铝”
法国皇帝拿破仑三世(1808~1873)，为显示自己的富有和尊贵，给自己制造一顶比黄金更名贵的王冠--铝王冠。在举行盛大宴会时，只有他使用一套铝质餐具，而他人只能用金制、银制餐具。
英国皇家学会为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，不惜重金制作了一只铝杯，赠送给门捷列夫。
实验室
化工生产
任务一 探寻之“铝”
实验室
化工生产
问题4、铝实现大规模工业化生产还需要突破什么技术？
在当时还原钠、钾的方法是什么？
法国化学家德维尔为什么不直接电解获得铝？
Al2O3
Al
电解
冰晶石
1886 年，美国化学家霍尔通过电解冰晶石氧化铝熔融盐(950℃～970℃)的方法成功制得铝。从此冶炼铝的成本大大降低，铝制品这一曾经的奢侈品走进了千家万户。
化学式 NaOH KOH NaCl KCl Al2O3 AlCl3
熔点 318.4℃ 361℃ 770℃ 801℃ 2054℃ 190℃
2Al + Fe2O3 == Al2O3 + 2Fe
高温
任务一 探寻之“铝”
公元前6000年Cu
公元前4500年Au
公元前500
Fe
公元500
Znu
1792年
Mg---Au
1807年
Na
1827年
Al-Au
冶炼金属的历史年代
问题5、金属出现的年代大致与什么因素相关？
为什么铜出现的时间比金早？
我们主要从什么物质中获得氧化铝？
Al2O3
铝土矿
问题6、谁知道这中间经历了什么？
铝土矿主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质
任务二 修炼之“铝”
铝土矿主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质
任务二 修炼之“铝”
铝土矿
过滤
盐酸
FeCl3
AlCl3
足量NaOH溶液
过滤
滤渣SiO2
滤渣 Fe(OH)3
NaAlO2
CO2
Al(OH)3
Al2O3
任务二 修炼之“铝”
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
问题7、以铝土矿为原料，常采用碱溶法（拜耳法）生产Al2O3的流程如下图所示，你能直接从流程中找到每个反应对应的物质吗？
除铁、硅杂质
Al(OH)3
Al2O3
NaAlO2
化工厂基本上都采用碱溶法，不采用酸溶法，原因可能有什么？
任务二 修炼之“铝”
任务二 修炼之“铝”
高温烧结时： Al2O3 + Na2CO3 ==2NaAlO2 + CO2↑、
Fe2O3 + Na2CO3 ==Na2Fe2O4 + CO2↑、
SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2↑
浸出时：Na2Fe2O4 + H2O == 2Fe(OH)3↓+ 2NaOH
问题8、烧结法的流程中，铁、硅杂质在哪一步被除去？
Δ
Δ
Δ
赤泥
Al(OH)3
NaAlO2
任务二 修炼之“铝”
联合法生产工艺
拜耳法处理铝土矿
烧结法处理拜耳法赤泥
NaAlO2
任务二 修炼之“铝”
氧化铝的生产工艺中焙烧、蒸发等环节，需要消耗大量的能源，这些环节消耗的煤、焦炭、重油等能源物质与电力消耗经过换算。
问题9、假设你是炼铝总设计师，从能耗角度，你会选择什么方法炼铝？
任务三 重生之“铝”
问题10、为缓解保护环境与铝需求量的矛盾，你有什么好的建议吗？
据产业信息网报道，我国的铝土矿资源仅占全球铝土矿的资源的3%，且低品位的铝土矿占80%，高品位的铝土矿仅占20%。炼铝需要消耗能量很大，且环境污染严重。
任务三 重生之“铝”
粉煤灰是煤燃烧后产生的主要固体废弃物，主要成分Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质。研究表明，粉煤灰中氧化铝含量一般为10-55%（重量百分数）。到 2020 年我国粉煤灰的堆积量将会超过 30 亿 t。
直接酸浸法，能耗低，且酸更容易循环利用，随着对酸法生产氧化铝工艺技术的深入研究，设备的腐蚀问题会得到解决，酸法可称为一种具有良好发展前景的氧化铝提取技术。
任务三 重生之“铝”
任务四 展望之“铝”
问题11、四种冶炼方法相比较，哪一种最环保，哪一种能耗最大？
常压碳热法炼铝常其能耗约为0.121GJ/Kg 铝 仅为电解法炼铝能耗的2/3 而温室气体的排放量比电解法(燃煤发电计)低30％
任务四 展望之“铝”
Al2O3
AlCl3
AlI3
C
Cl2
CaI2
Zn
Al
Institute of Chemistry and Chemical Technology of SB RAS, Akademgorodok 50/24, Krasnoyarsk 660036, Russia
Received 21 August 2015; accepted 30 May 2016
与当今采用燃煤发电提供电力的铝电解厂相比，本方法所产生的单位碳消耗和 CO2大气排放可以降低一半以上。
问题12、如果依然使用电解法，这么高的能耗，又不会带来碳排放过量问题，你会想到什么？
未来之“铝”
未来可期
金属矿物的开发利用
炼铜工艺的发展与什么相关？
是能耗？是产物纯度？是原料？还是可持续发展？
谢谢!