(共26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
【学习目标与核心素养】
【学习目标与核心素养】
学习目标
1、知道金属在自然界中的存在形态。
2、熟知金属冶炼的方法及其原理。
3、掌握铝热反应的原理和实验。
核心素养
1、变化观念：认识金属冶炼的原理、方法和理解金属冶炼遵循的一般规律。
2、社会责任：认识金属回收的意义，树立环保意识。
【引入】
我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。
金属矿物是如何开发利用的呢？化学要研究如何合理、高效地开发利用这些金属矿物， 将其中的金属从其化合物无中还原出来，用于生成各种金属材料。
黄铜矿
赤铁矿
铝矿
锰矿
钨矿
1、金属元素的存在
一、金属矿物的开发利用
(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
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
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
① 物理提取法：适用于极不活泼的金属的冶炼。Pt Au
② 热 分 解 法：适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼。 Hg Ag
③ 热 还 原 法：适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼。 Zn Fe Sn Pb Cu
④ 电 解 法：适用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。 K Ca Na Mg Al
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
3、金属的冶炼方法
一、金属矿物的开发利用
3、金属的冶炼方法
一、金属矿物的开发利用
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。
3MnO2 + 4Al = 3Mn + 2Al2O3
高温
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
高温
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。
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
【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。
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，包括土地与土壕资源、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
人教版必修第二册
谢谢观看第八章 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
教材分析
本节重点在于揭示和说明化学在金属矿物，海水统都和化石格料开发利用中的作用，突出了两个方面的主题、一是化学为开发和用白然资蛋秘供了科学依据：二是保护资源和保护环境对化学的品用和发根提品新的要求。简言之，自然资源的开发利用离不开化学。化学只有不断创新和发展才能满足人类社会可持续发展的需求。
教材从金属矿物的开发利用引入，通过金属治炼的基本原理使学生认识到化学是治金工业的重要依据。化学（包括电化学）方法是金属由化合物转变成单质的基本方法，从而对金属治炼的常用方法进行比较系统的学习。此外，教材通过一些栏目，如“思考与讨论”中铝的冶炼和铝制品的回收，帮助学生认识金属治炼过程往往需要消耗大量的能量，也容易造成严重的环境污染，因此，改进工艺条件、节能降耗、回收废旧金属制品等，就成了与金属治炼同样重要的问题。
金属矿物的开发利用是本节第一部分内容。 本节关于金属冶炼原理的教学，学生已有一定的基础。学生在初中化学中已经学习了利用还原剂- -氧化碳、氢 气或碳单质与金属氧化物在加热或高温条件下反应，将金属从其化合物中还原出来。初中教材对于金属的冶炼重点介绍了工业上铁的冶炼原理，学生已逐步建立起利用还原剂从金属氧化物中获取金属单质的方法;同时通过对金属活动性顺序的学习，知道了金属与盐反应的一般规律。这些知识的学习为高中系统学习金属冶炼的一般原理、总结提炼金属的一般方法提供了知识储备。高中化学必修第一册中， 学生又学习了有关金属及其化合物的化学性质和氧化还原反应等知识。此时，再对金属矿物的开发利用进行系统化学习也就顺理成章、水到渠成。根据新课程标准的要求和对教材内容的分析，可以形成如下图所示的本节类容第一课时“金属矿物的开发利用”教学设计主线图。
【学习目标】
1、知道金属在自然界中的存在形态。
2、熟知金属冶炼的方法及其原理。
3、掌握铝热反应的原理和实验。
【核心素养】
1、变化观念：认识金属冶炼的原理、方法和理解金属冶炼遵循的一般规律。
2、社会责任：认识金属回收的意义，树立环保意识。
重点：金属的冶炼原理；
难点：金属活动顺序与金属冶炼方法的关系。
【课前准备】多媒体、铝热剂、Mg、KClO3等
【教学过程】
【引入】
我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。
【过渡】
金属矿物是如何开发利用的呢？化学要研究如何合理、高效地开发利用这些金属矿物， 将其中的金属从其化合物无中还原出来，用于生成各种金属材料。
【讲解】
一、金属矿物的开发利用
1、金属元素的存在
(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。
【提问】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？
3、金属的冶炼方法
① 物理提取法：适用于极不活泼的金属的冶炼。Pt Au
② 热分解法：适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼。 Hg Ag
③ 热还原法：适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼。 Zn Fe Sn Pb Cu
④ 电解法：适用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。 K Ca Na Mg Al
【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 ℃)
2.为什么越活泼的金属被人类利用越晚？
【归纳总结】
【演示实验】
二、铝热反应的原理
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。
2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
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。
【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？
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？
3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？
【化学与生活】
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。
【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。
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。
【讲解】
三、合理利用金属资源
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。
【资料卡片】自然资源与可持续发展
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。
【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
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
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
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
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
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
【教学反思】
金属的冶炼是本节的重点内容，在进行这部分内容的教学时，不能仅简单地停留在集中常见金属的冶炼原理上，而应该引导学生结合氧化还原反应原理，金属活动顺序及其应用等化学基本原理和基础知识，充分调动学生思维，采用探究、比较、归纳等教学手段总结金属冶炼的一般原理和方法，尤其是在具体的学习过程中，要促进学生核心观念的形成。
