高中化学人教版（2019）必修 第二册 第八章 化学与可持续发展 8.1.1金属矿物的开发利用(共16张PPT)

(共16张PPT)
吴 彦
金属矿物的开发利用
第八章 化学与可持续发展
第1节自然资源的开发利用
一、角色扮演，引入新课
金属的冶炼就是将自然资源中的金属矿物通过适当的化学变化、分离提纯转化为金属单质的过程。
你能说一说有关化学在自然资源开发中的应用实例吗？
假设你是一名金属冶金厂的工程师或技术人员，你认为冶炼金属的第一步工作是做什么？
寻找原料——金属矿物资源
一、角色扮演，引入新课
黄铜矿
CuFeS2
金矿
Au
赤铁矿
Fe2O3
铝土矿
Al2O3
在自然界，除了极少数金属（如金、铂、银）以游离态（即单质）存在外，其余大多数金属均以化合态存在于金属矿物中。
原因？
二、设置情境，寻找规律
以化合态存在的金属元素，如何变成人类所需要的金属单质呢
金属 元素符号 最早冶炼时间
金 Au 前4500年
银 Ag 前4000年
铜 Cu 前6000年
锡 Sn 前5000年
铁 Fe 前500年
锌 Zn 1746年
铝 Al 1827年
镁 Mg 1792年
钠 Na 1807年
钙 Ca 1808年
钾 K 1807年
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
-4000
-5000
-6000
公元纪年
人类冶炼金属历史时间
Au
Ag
Cu
Sn
Fe
Zn
Al
Mg
Na
Ca
K
人类冶炼金属的顺序可能与什么因素有关？
人类冶炼金属的时间顺序与金属的活泼性有关。
一般地，越不活泼的金属越容易先冶炼出来，出现的年代越早；金属越活泼，冶炼技术越困难，人类使用该金属就越滞后。
三、结合史料，提炼方法
①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。——北宋沈括《梦溪笔谈》
②用矿（硫化矿，Cu2S）二百五十笋......入大旋风炉，连烹（大火灼烧）三日三夜，方见成铜。——明代陆容《菽园杂记》
③千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。——唐代刘禹锡《浪淘沙》
④丹砂（HgS）烧之成水银。（HgS→HgO→Hg）——东晋葛洪《抱朴子》
⑤凿山取石（主要成分为Fe2O3），击而碎之，和以煤，加大火......为生铁。——清富申修《乾隆博山县志》
⑥每炉甘石（主要成分ZnCO3）十斤，装载入一泥罐内，......然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，罐中炉甘石熔化成团，冷定毁罐取出。......即倭铅也。......以其似铅而性锰，故名之曰'倭'云。——宋代宋应星《天工开物》
⑦ 1827年，德国化学家维勒将金属钾和无水氯化铝共热，制得铝。1854年，法国化学家德维尔用金属钠还原氯化铝，使铝成为工业产品。1886年，年仅 24岁的美国化学家霍尔通过电解冰晶石—氧化铝熔融盐的方法，使铝的冶炼得以大规模工业生产。
1.以上文献中涉及哪些金属的“冶炼“？写出所涉及的化学方程式。
2.凿山取石，为什么要”击而碎之“？
3.说说霍尔电解制铝法的创新之处，指出冰晶石的作用。
三、结合史料，提炼方法
冶炼的金属 Al Zn Fe
冶炼原理 (用方程式表示)
反应条件
冶炼方法
冶炼的金属 Cu Hg Au
冶炼原理 (用方程式表示)
反应条件
冶炼方法
以下反应有什么特点？金属冶炼的本质是什么？
不同金属的冶炼方法是否相同？金属活泼性与金属冶炼方法存在什么关系？
四、探究本质，认识方法
以下反应有什么特点？金属冶炼的本质是什么？
不同金属的冶炼方法是否相同？金属活泼性与金属冶炼方法存在什么关系？
得电子，被还原
+ne-
Mn+（化合态）
M（游离态）
都是氧化还原反应，其本质是使金属矿物中化合态的金属得到电子还原为游离态的金属单质：
不同金属离子得电子能力不同。
四、探究本质，认识方法
2HgO=2Hg+O2↑

2Ag2O=4Ag+O2↑

热分解法
MgCl2(熔融)=Mg+Cl2↑
电解
电解法
2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑
电解
冰晶石
2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑
电解
热还原法
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
高温
2CuO+C=2Cu+CO2↑
高温
Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3（铝热法炼铁）
高温
五、迁移应用，升华认识
铝热反应在生产生活中有没有实际应用的价值呢
钒、铬、锰等高熔点的金属价格远高于铝，可用铝热法冶炼；铝热反应还可用于焊接钢轨。
【实验】铝热反应实验
观察实验，描述实验现象。
五、迁移应用，升华认识
工业上，金属的冶炼是个比较复杂的过程，一种冶炼方法能否应用于实际工业生产，需要考虑众多的因素。
五、迁移应用，升华认识
工业上，金属的冶炼是个比较复杂的过程，一种冶炼方法能否应用于实际工业生产，需要考虑众多的因素。
五、迁移应用，升华认识
炼铁 炼铜
矿物名称及主要成分 赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、菱铁矿(FeCO3)、黄铁矿(FeS2) 铜蓝(CuS)、赤铜矿(Cu2O)、辉铜矿(Cu2S)、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]
冶炼原理 高炉炼铁： 铝热法 ： 湿法炼铜：
火法炼铜：
优缺点 高炉炼铁：矿石中铁元素含量高，技术成熟，产量高 铝热法：消耗铝，成本高，不适合冶炼 湿法：产量不高
火法：产生污染，能耗大
作为冶金厂的工程师，从科学与技术的角度你认为冶炼金属需要考虑哪些因素？如何合理开发和利用金属资源？
选矿（品质、储量、开采难易）、能耗、反应难易、成本、环保等
梳理总结
金属矿物的开发利用
1.金属自然界存在
2.金属冶炼的历史
3.金属冶炼的方法
（1）实质：
（2）方法
电解法：Na、Mg、Al
热还原法：Fe、Cu、Zn
热分解法：Hg、Ag
物理法：Pt、Au
4.合理开发和利用资源的途径
今日作业
1.梳理课堂笔记。
2.两套调研卷+一张化学方程式