化学人教版（2019）必修第二册8.1.1金属矿物的开发与利用（共17张ppt）

(共17张PPT)
教学目标
1．通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模式。
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第一课时 金属矿物的开发利用
世界各国冲突——自然资源的争夺
世界铁矿储量图示
世界锂矿储量图示
常见金属元素在地壳中的存在
游离态矿物(极少量金属)
金矿石(Au)
银矿石(Ag)
铂矿石(Pt)
铜矿石(Cu)
陨铁（Fe）
常见金属元素在地壳中的存在
化合态矿物(多数金属)
赤铁矿（Fe2O3）
黄铜矿（CuFeS2）
磁铁矿（Fe3O4）
黄铁矿（FeS2）
钙钛矿（CaTiO3）
铝土矿（ AI2O3 ）
任务一：了解材料历史，探寻冶金方法
1.从古到今的社会发展：
数字时代（硅）
引领社会发展
原始社会
奴隶社会
农业社会
现代社会
未来社会
发展生产力
资源争夺战
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：
3.材料作用：
适应自然
改造自然
现代文明需要
任务一：了解材料历史，探寻冶金方法
阅读历史文献记载，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 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
利用矿物 冶炼方法 化学反应方程式
丹砂硫化汞矿（HgS） 热分解法
硫酸铜矿 湿法炼铜
孔雀石矿 Cu2(OH)2CO3 热还原法
赤铁矿 热还原法
写出冶炼汞、铜、铁方程式及冶炼原理
2HgO = 2Hg + O2 ↑
加热
2HgS + 3O2 = 2HgO+2SO2
加热
Fe+CuSO4 = Cu + FeSO4
Cu2(OH)2CO3=2CuO+H2O↑+CO2↑
高温
高温
2CuO+C = 2Cu + CO2 ↑
CuO+CO = Cu + CO2 ↑
高温
Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 ↑
高温
——氧化还原的方法
热还原法：
——不起眼的木炭，开启了人类金属时代！
问题1：新石器时期，人类就发明了制陶术，窑温达1000多℃ ，请评价此窑温冶炼出的铁质量？(铁熔点1535.4℃)
问题2：热还原法中,还原CuO、Fe2O3固体时可以用木炭(C)也可以用一氧化碳(CO) ，你能评价一下这两种还原剂使用效果？
现代炼铁高炉
燃烧温度控制在
2250-2350 ℃
问题3：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）。你能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。
任务二：总结归纳金属冶炼规律
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 Zn 1746年 铝 Al 1827年
镁、钙 Mg、Ca 1808年
钠、钾 Na、K 1807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
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
铝的制备
思考1：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 Al2O3 AlCl3
熔点 2015℃ 195℃
制取流程：
由于氧化铝熔点（2015℃）太高，要融化耗能太多，故工业生产中往往加入冰晶石，以降低融化温度。
氯化铝的分子结构示意图
Cl Cl Cl
Cl Cl Cl
Al Al
氯化铝是分子晶体，在熔融状态下不导电！
总结并写出电解法取活泼金属钾、钙、钠、镁、铝等化学方程式？
思考2：一般情况下，同种金属的氧化物的熔点要大于氯化物的熔点。钠、镁的两种常见化合物熔点如下，四种物质都是离子化合物，则制取钠、镁单质时一般电解那类物质？
氯化镁 氧化镁 氯化钠 氧化钠
熔点 7120C 28000C 8010C 12750C
MgCl2 (熔融) = Mg + Cl2↑
电解
2Al2O3 (熔融) = 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
CaCl2 (熔融) = Ca + Cl2↑
电解
2NaCl (熔融) = 2Na + Cl2↑
电解
2KCl (熔融) = 2K + Cl2↑
电解
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
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
制备方法模型：金属使用、冶炼与金属活动性的关系
很稳定
铜、银、金器约5000年前
铁器约2500年前
铝器约200年
总结：人类使用金属年代的先后跟金属的那些因素有关？
①金属的活动性
②与人类的冶炼技术有关
例：铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅。工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：
铝土矿
a
过量的NaOH
b
盐酸 ①
②
③
c
④
d
电解
Al
⑤
请判断流程中的a、b、c、d分别是什么物质？写出反应①、②、③、④、⑤5步反应反应方程式。
任务三：了解从铝土矿提取铝的流程，明晰工业流程分析模型
Al2O3
Fe2O3
SiO2
①HCl
AlCl3
FeCl3
SiO2固体
②过量NaOH
过滤
Na[Al(OH)4]
Fe(OH)3固体
③通过量CO2
Al(OH)3
④加热
Al2O3
过滤
电解
⑤
Al
原料预处理（得到纯度高、含量高的氧化铝固体）
核心反应
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。”
思考与讨论：
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与图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。
铝土矿
氧化铝
萤石
冰晶石
石油焦和沥青焦
碳素电极
液态铝
铝锭
阅读书本P99页
树立环保意识，践行可持续发展理念
合理开发和利用资源 ？
资源有限、环境污染、能耗很大
加强废旧金属回收再利用
提高金属矿物的利用率
开发环保高效的金属冶炼方法
防止金属的腐蚀
使用其他材料代替金属