(共30张PPT)
第一课时
金属矿物的开发利用
第一节
开发利用金属矿物和海水资源
第四章
化学与自然资源的开发利用
1．通过阅读思考、讨论交流，知道金属冶炼的一般原理及不同金属的冶炼方法，能正确书写相关的化学反应方程式。认识化学方法在实现物质间转化的作用。体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
2．通过实验和问题探究，知道铝热反应的原理及应用，进一步提高实验操作技能，提高实验观察能力、分析能力。进一步树立科学精神和科学态度。
3．通过查阅资料、联系实际，认识金属回收和资源保护的意义，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。
核心素养发展目标
【情景导入】传说拿破仑三世的刀叉具和纽扣都是用铝制造的。筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。现代生活中我们随处可见各种金属材料的制品，如雄伟、漂亮的建筑物、飞机与导弹的外壳、餐具等。金属材料是当前乃至未来人类发展与生存的重要物质基础，那么这些金属材料是如何获得的呢？
活动一、金属的冶炼
【阅读思考】阅读教材P88页内容，思考金属在自然界的存在形态有何特点？
【温馨提示】(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。
【讨论交流1】（1）查阅资料，结合图片，思考人类使用金属的历史与金属活动性有什么关系？
【温馨提示】①铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。在约6000年到7000年前左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代”。
②除铜之外，铁的使用也推动了人类文明的进步，只不过它的出现和被利用的时间比铜稍晚，大约在距今3000年左右。人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达90%以上。古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。③到了18~19世纪，也就是距今200年左右，铝开始渐渐出现在欧洲贵族的生活之中，由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。由上可知：金属的活动性越弱，人类使用金属的历史越早。
【讨论交流2】（2）金属冶炼的原理是什么？
【温馨提示】金属冶炼的原理是将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
【讨论交流3】（3））结合教材P88页内容，回答金属冶炼的方法有哪些？
【温馨提示】①常用方法：
②
③金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系如下表：
金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金属原子失电子能力
金属离子得电子能力
主要冶炼方法
强→弱
弱→强
电解法
热还原法
热分解法
物理法
【问题探究1】（1）为什么越活泼的金属被人类利用越晚？
【温馨提示】①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。
②金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。
【问题探究2】（2）从自然界中获得金属单质，是否都必须发生氧化还原反应？
【温馨提示】否。有些金属单质化学性质稳定，如金、铂等，在自然界中主要以游离态形式存在，获得这些金属就不需要发生氧化还原反应，用富集的方法就可以，如淘金。
【问题探究3】（3）工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO制取镁呢(MgO的熔点：2
852
℃，MgCl2的熔点：714
℃)
【温馨提示】由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。
问题探究4（4）在金属中，铝元素在地壳中的含量居第一位，为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多？
【温馨提示】金属的发现和使用与金属的活动性密切相关，金属活动性越强，其相应的金属阳离子得电子的能力越弱，冶炼难度越大。铝是一种活动性较强的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段——电解法进行冶炼，而铜和铁用一般的还原剂就可以达到目的，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。
【问题探究5】（5）从金属矿石中提炼金属一般需要经过哪些步骤？
步骤
一般方法和原理
目的
采矿、选矿、粉碎、筛矿、洗矿等
除去杂质、提高有用成分的含量
利用氧化还原反应原理，在一定条件下用还原剂把金属矿石中的化合态金属元素还原成金属单质
得到粗金属(含少量杂质)单质
加入除杂试剂除去杂质或电解精炼
提炼纯金属
【对应训练】
1．下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是( )
A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝
B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中
C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中
D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
【答案】A【解析】地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝、铁等在自然界中以化合态存在，汞、金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。
2.金属材料在日常生活、生产中有着广泛的运用，下列关于金属的说法不正确的是( )
A．越活泼的金属越难冶炼
B．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的
【答案】D【解析】金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子，因此金属越活泼，对应金属阳离子氧化性越弱，则金属越难冶炼，A、C正确；合金要比各成分金属的熔、沸点低，硬度大，B正确；因AlCl3为共价化合物，其熔融态不导电，因此不能用电解AlCl3的方法来冶炼铝，而通常用电解熔融Al2O3的方法来冶炼铝。
3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）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）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（KCl?MgCl2?6H2O）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（
）A.（Ⅰ）用①
B.（Ⅱ）用②
C.（Ⅲ）用③
D.（Ⅳ）用④
【答案】B【解析】选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3
2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO
2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3
Al2O3＋2Cr，符合③；(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)
Mg＋Cl2↑，符合④。
活动二、金属资源的合理开发利用
铝热反应
【思考交流】金属的矿产资源是可再生资源吗？回收废旧金属有什么意义？
【温馨提示】可再生资源，指可以重新利用的资源或者在短时期内可以再生，或是可以循环使用的自然资源。主要包括生物资源（可再生）、土地资源、水能、气候资源等，金属的矿产资源是属于不可再生资源。回收废旧金属有什么意义有：可节约成本，减少空气污染、水污染和固体废弃物等，回收并循环利用废旧金属有着巨大的经济效益和社会效益。
【实验探究】完成教材实验P89页实验4—1,并填写下表内容：
实验操作
实验现象
实验结论
方程式
注意事项
(1)镁条剧烈燃烧；(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热
2Al＋Fe2O3
2Fe＋Al2O3
(1)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人(5)实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤
【问题探究1】（1）根据你对“铝热反应”的理解，完成小表内容。
概念
原理
铝热剂
反应特点
应用
铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来
铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物
在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离
冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等
【问题探究2】（2）铝热反应实验中镁条与氯酸钾的作用是什么？
【温馨提示】镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO3分解，氯酸钾的作用是供氧剂。
【问题探究3】（3）为什么要在承接反应物的蒸发皿中垫有细沙？
【温馨提示】因为铝热反应是一个典型的放热反应，反应中放出的大量热能够使铁熔化，为了防止蒸发皿炸裂及熔融的金属溅出伤人，所以要垫细沙。
【问题探究4】（4）铝热反应在工业上有哪些重要应用？
【温馨提示】①冶炼熔点高的金属，如钒、铬、锰等；②在野外焊接钢轨。
【问题探究4】（5）开发和利用金属矿物资源的原因及措施是什么？
【温馨提示】①原因：地球上金属矿物资源有限；金属冶炼消耗很多能量；金属冶炼造成环境污染。
②措施：提高金属矿物的利用率；使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；加强金属资源的回收和再利用。
【对应训练】
1．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
【答案】B【解析】A项，铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3高温(=====)2Fe＋Al2O3，正确；B项，制备单质Cu用热还原法，错误；C项，金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属单质，正确；D项，将旧金属回收，重新利用，变废为宝，正确。
2．下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是
A．在加热情况下利用氢气还原三氧化二铝得到金属铝
B．用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁
C．用铝热法炼得熔点较高的金属铬
D．直接加热氧化汞得到金属汞
【答案】A【解析】A．铝属于活泼金属，利用电解熔融三氧化二铝,可以得到金属铝，故A错误；B．金属镁的活泼性较强，因此用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁，而不用电解熔融的氧化镁，因为氧化镁熔点高，耗费能源较大，故B正确；C．金属铬的熔点高，用铝热法制取熔点高的金属，故C正确；D．汞是不活泼金属，因此直接加热氧化汞得到金属汞，故D正确。综上所述，答案为A。
3.如图是铝热反应的实验装置，有关该反应的下列说法中一定正确的是( )
A．a为镁条
B．b为氧化铁与铝粉的混合物
C．2
mol氧化剂参与反应则转移6NA个电子
D．还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2
【答案】A【解析】A项，a为镁条，起引燃作用，正确；B项，镁条燃烧时，氯酸钾是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，因此b为氯酸钾，错误；C项，2Al＋Fe2O3高温Al2O3＋2Fe，该反应中氧化剂是氧化铁，2
mol氧化剂参与反应则转移12NA个电子，错误；D项，该反应中还原剂是铝，氧化产物是氧化铝，还原剂和氧化产物的物质的量之比为2∶1，错误。
【课堂检测】
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子失去电子被氧化为金属单质的过程(
)
(2)自然界中的金属都以化合态存在(
)
(3)通过电解法冶炼Na、Mg、Al，是因为Na、Mg、Al还原性很强(
)
(4)利用CO冶炼铁的反应是置换反应(
)
(5)对一些不活泼的金属如Hg、Ag、Pt、Au可直接用加热分解的方法从其化合物中还原出来(
)
(6)采用热还原法冶炼金属时，常用的还原剂有C、CO、H2、Al等(
)
(7)由于地球上金属矿物资源有限，因此要加强金属资源的回收和再利用(
)
(8)通过铝热反应可以在野外焊接钢轨(
)
×
×
×
×
√
√
√
√
2．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示几种金属被人类大规模开发利用的大致年限之所以有先后，主要取决于
A．金属的导电性强弱
B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低
D．金属的活动性强弱
【答案】D【解析】金属的活泼性不同、金属的冶炼方法和冶炼难易程度不同，金属越活泼、越难冶炼、被开发利用得越晚，与金属在地壳中的含量多少、用途大小以及密度大小没有关系，综上所述，D正确；故选：D。
3．下列化工生产原理错误的是( )
①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠；
②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁；
③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝；
④高炉炼铁的反应是放热的，故无需加热
A．②③
B．①③
C．①②③
D．②③④
【答案】D【解析】钠特别活泼，投入MgCl2溶液时先与水反应生成NaOH和H2，接着生成Mg(OH)2沉淀，②错误；冶炼铝使用的是Al2O3，③错误；高炉炼铁中所发生的反应是放热反应，但是仍需要高温条件，④错误。
4．能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为( )
A．铝的密度小，熔点较低
B．铝在空气中燃烧放出大量的热
C．铝在金属活动性顺序表中排在较前面
D．铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热
【答案】D【解析】利用铝来冶炼难熔的金属是利用铝热反应来进行的。在铝热反应中，铝表现出还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应能放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。
5．下列说法不正确的是
A．工业上电解NaCl溶液制备Na
B．工业上电解熔融的MgCl2制备Mg
C．钢体船外镶嵌锌板可起防腐作用
D．铝热反应可用于冶炼金属铁
【答案】A【解析】A．工业上通过电解熔融的氯化钠制备钠，电解氯化钠溶液是工业上生产NaOH的方法，故A项错误；B．由于镁的活泼性强，故工业上采用电解熔融氯化镁的方法来制备镁，故B项正确；C．由于锌比铁活泼，当它们构成原电池时，锌被腐蚀，从而达到保护铁的目的，故C项正确；D．铝热反应是利用铝的还原性，将金属活动性比铝弱的难熔金属从其氧化物中还原出来的一种冶炼金属的方法，故D项正确。故答案为：A
谢
谢
观
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