人教版（2019）高中化学必修第二册 8.1.1 金属矿物的开发利用 课件（21张）

(共21张PPT)
8.1 自然资源的开发利用
第一课时 金属矿物的开发利用
学习目标：
1.了解金属的通性，金属在自然界中的分布情况。
2.了解常用金属的活动顺序，了解金属冶炼的一般原理和常用方法。
3. 以金属矿物、海水和化石燃料等自然资源综合利用为例，认识和体会化学的应用，认识化学对于建构清洁低碳、安全高效的能源体系所发挥的作用。
没有金属，就没有现代人类文明
有金属光泽
较好的延展性
良好的导热性
良好的导电性
具有一定强度
金属在自然界中的存在形式
游离态（以单质的形式存在）
少数化学性质较不活泼的金属，如金、铂等
化合态（以化合物的形式存在）
辉铜矿（Cu2S）
赤铁矿
（Fe2O3）
辉铜矿
（CuFeS2）
绝大多数化学性质较活泼的金属，
如铁、钙、钠、铝等
地壳中含量最高的金属元素：铝（含量为7.73%）
人体中含量最高的金属元素：钙（含量为1.5%）
目前世界年产量最高的金属：铁
密度最大的金属：锇（22.48×10 ㎏/m ）
最硬的金属：铬（莫氏硬度约为9）
最软的金属：铯（莫氏硬度约0.5）
导电性最强的金属：银
导热性最强的金属：银
制造人造骨骼最重要的金属：钛（被科学家称为“二十一世纪的金属”或“未来的钢铁”）
熔点最高的金属：钨（熔点：3410℃）
熔点最低的金属：汞（熔点：-38.8℃）
熔沸点相差最大的元素：镓（熔点30℃，沸点2403℃）
金属性最强的金属：铯
世界上最贵的金属：锎（kāi）（每克1千万美元，比金贵50多万倍）
世界上最便宜的金属：铁
金属之最
补充资料：
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”。
丹砂:HgS
以上资料中涉及了哪些金属的“冶炼”？
金属冶炼——如何从矿里得到金属
用化学的方法把化合态的金属变成游离态金属
即：Mn+ + ne- M
金属的冶炼:
非常活泼的金属
较不活泼的金属
中等活泼的金属
K、Ca、Na、Mg、Al、
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、
Hg、Ag、Pt、Au
没有高效的冶炼手段，科技就是一个笑话
金属离子(Mn+)被还原的难易程度不同
Mn+氧化性越弱，对应的金属活泼性较强，被还原成单质的难度越大，该金属被发现的概率也越晚
金属冶炼的原理与方法
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
Au Pt Ag Hg Cu Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K
电解
冰晶石
2Al2O3 (熔融) ===== 4Al ＋ 3O2 ↑
MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑
电解
电解法
NaAlF6，助熔剂，降低氧化铝的熔点（那为啥不能用AlCl3？）
电解较活泼金属的离子化合物从而得到对应的较活泼金属的方法
（熔融金属盐（电解）－－→金属（金属单质））
金在自然界中以游离态的形式存在，古人利用金子比沙子密度大的特点“沙里淘金”。有诗为证“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”
富集法
（1）物理提取法
对于极不活泼的金属如金、铂等，可以利用重力分离或磁力分离的方式将游离态的金属筛选出来。
（2）热分解法
通过加热金属氧化物、碘化物等使其分解获得纯金属。一般用于银、汞等较不活泼金属。
2HgO====== 2Hg ＋ O2 ↑
加热
2Ag2O ===== 4Ag＋O2 ↑
加热
（3）热还原法
利用热还原性强的还原剂把金属从其化合物中还原出来，属于氧化还原反应，遵守得失电子守恒。
一般常见的还原剂有：C、CO、H2、更为活泼的金属单质如铝、铁等。
Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2
高温
2CuO + C ====== 2Cu +CO2↑
高温
2CuO + H2 ====== 2Cu +H2O
Fe2O3＋2Al ===== 2Fe＋ Al2O3
适合冶炼活动性很强的金属K~Al（排在Zn前）
消耗大量的电能，成本较高
①制Mg：______________________。
②制Al：_______________________。
③制Na：_______________________。
注：
①“熔融” 而不是水溶液。
②必须是离子化合物，
共价化合物熔融不导电。
思考：冶炼金属铝时为啥要定期更换碳素电极？
高温下，碳会被氧气氧化
(4)电解法——适用于很活泼的金属（K Ca Na Mg Al ）
【1】这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
【2】用这种方法冶炼金属有什么缺点？
拓展：关于炼铜
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:
Cu2(OH)2CO3==2CuO+CO2↑+H2O
△
【讨论】（1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？
（2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
（3）这种方法常用的还原剂有哪些？
热还原法
适用于金属活动性介于Zn-Cu之间的大多数金属的冶炼。
C、CO、H2和Al等。
（2）湿法炼铜——实验室常用制铜手段
古书记载“曾青得铁则化为铜”，“曾青”即硫酸铜溶液，向其中加入铁，由于铁的金属活泼性强于铜，所以可将铜元素置换，得到单质铜，这就是湿法炼铜。
化学式： Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
拓展：关于炼铜
优点：
1.可以处理较低含量的铜矿，从而大大扩大了铜资源的利用范围。
2.工艺过程简单，能耗低，生产成本低。
不足：
1.生产能力低，反应速率慢。
2.对设备的腐蚀性较大。
3.流程长，液固分离困难。
合理开发和利用金属资源的原因及途径
(1)_________________________；
(2)开发环保高效的金属冶炼方法；
(3)________________________；
(4)_______________________________；
(5)使用其他材料代替金属材料。
提高金属矿物的利用率
防止金属的腐蚀
加强废旧金属的回收和再利用
（1）资源有限且分布不均
（2）金属的冶炼消耗许多能量
（3）金属冶炼造成环境污染
（4）金属腐蚀造成大量损失
1.原因：
2.措施：
1．下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是(　　)
A．金属冶炼的实质是金属阳离子被还原成单质
B．用碳粉或铝粉还原铁矿石可以获取金属Fe
C．通过电解NaCl溶液的方法可以获取金属Na
D．冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜
C
2.工业上冶炼铝的
化学方程式为______________________________________，
若电路中通过1 mol电子，可以得到Al________ g。
9
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋3O2 ↑
电解
冰晶石
3.冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法；②水煤气(或氢气、一氧化碳)法；③活泼金属置换法；④电解法。这4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(MgCl2·6H2O)中炼镁。对它们的冶炼方法的分类，不正确的是(　　)
A.Ⅰ，① B．Ⅱ，②
C.Ⅲ，③ D．Ⅳ，④
B
4Al＋3MnO2 3Mn＋2Al2O3
高温
2Al＋Cr2O3 2Cr＋Al2O3
高温
10Al＋3V2O5 6V＋5Al2O3
高温
铝热反应，是铝单质在高温的条件下进行的一种氧化还原反应，体现出了铝的强还原性。利用铝的强还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量热的性质，工业上常用铝粉来还原一些氧化物（如三氧化二铁、三氧化二铬、二氧化锰等），这一类反应被称为铝热反应
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
4. Al与Fe3O4发生铝热反应的
化学方程式为___________________________________，
该反应中氧化剂是_______，还原剂是____。
8Al＋3Fe3O4 9Fe＋4Al2O3
高温
Fe3O4
Al
5.铝热反应的实验装置如图。
下列有关铝热反应的说法中，不正确的是(　　)
A．铝热反应是放热反应
B．铝热反应可用于冶炼某些金属
C．实验中镁条的主要作用是还原氧化铁
D．实验现象为火星四溅，漏斗下方有红热熔融物流出
C
感谢倾听，还盼指正！