9.1 金属的冶炼方法 课件 2020.2021学年苏教版（2019）高一化学必修第二册（21张PPT）
文档属性
| 名称 | 9.1 金属的冶炼方法 课件 2020.2021学年苏教版（2019）高一化学必修第二册（21张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 29.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-06-25 22:15:31 | ||
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文档简介
第1课时
金属的冶炼方法
专题九 从矿物到基础材料
—金属的冶炼方法
应用广泛的金属材料
金属元素种类多、分布广、活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂等)，多数金属以化合态存在，人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。
提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
铝土矿(Al2O3)
赤铁矿(Fe2O3)
多数金属以化合态存在
金(Au)
铂(Pt)
少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂)
白云石[CaMg(CO3)2]
辰砂(HgS)
美菱矿(MgCO3)
黄铜矿(CuFeS2)
冶炼金属要追溯到古代：
铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。
在公元前6000年到7000年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代”
铜镜
汉武帝时铜币
先秦刀币
我国在西汉初期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
我们的生产生活需要金属，所以必须要开发利用金属资源，但金属资源是不可再生资源，不是取之不尽的。
利用化学知识，科学开发利用金属矿物，使金属矿物资源得到可持续发展
怎么办呢？
一、金属的存在形式
一般而言，活动性较强的金属，在自然界以各种各样的化合态存在；活动性较弱的金属有可能以游离态形式存在。有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态。
二、金属的冶炼
1.概念：
利用化学反应使金属从化合态变为游离态的过程称为金属冶炼
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
例如：
2.实质：
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。
得电子，被还原
+ne-
Mn+ M
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
还原出金属的难易由什么决定呢？
讨论：金属越活泼，越___失电子，该金属阳离子就越___得电子，还原出该金属就越____。
易
难
难
结论：要根据金属的活动性顺序不同，采用不同的冶炼方法
①金属位置越靠后越易被还原，一般的还原方法即可；
②金属位置越靠前越难被还原，要使用较强的还原手段来还原
即不同金属采用不同强度的冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
富集法
3.冶炼方法：
(1)富集法
适用于极不活泼的金属：铂Pt、金Au
(2)热分解法
适合一些不活泼的金属
2HgO == 2Hg+O2↑
2Ag2O == 4Ag+O2↑
(3)高温还原法
适合大部分较活泼的金属
H2＋CuO Cu＋H2O
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
除了CO、H2、C等做还原剂外，一些活泼金属如Al等也可做还原剂还原金属，用CO和H2做还原剂所得金属的纯度更高
在金属活动性顺序中，钾、钙、钠等几种金属的活泼性很强，它们的金属阳离子都很难得电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
(4)电解法
适合一些非常活泼的金属
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
通电
冰晶石
2NaCl (熔融) 2Na＋ Cl2 ↑
通电
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
通电
注意：
②不能电解熔融AlCl3，因为AlCl3为共价化合物熔融状态不电离，应电解熔融Al2O3 ，并加入冰晶石降低熔点
①电解熔融的NaCl、MgCl2，不能电解盐溶液，不能电解熔融MgO，因为MgO熔点高于MgCl2，耗能高；
1886年，美国化学家霍尔通过不断摸索, 把氧化铝熔化在熔融的冰晶石（Na3AlF6）中进行电解, 终于看到小球状的铝聚集在阴极上。
电解铝方法的发明
冰晶石（Na3AlF6）做助熔剂，大大降低了Al2O3 的熔点（20540C）使其在1000℃熔融，降低铝的冶炼成本。
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
通电
冰晶石
4.金属冶炼的实际应用：
(1)高炉炼铁：
反应原理：
在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石中还原出来
原料：
铁矿石、焦炭、石灰石和空气等
设备：
①还原剂的生成：
炼铁高炉
生产过程：
②铁矿石还原成铁：
③除去脉石、炉渣：
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
C + CO2 2CO
高温
CaO + SiO2 CaSiO3
高温
CaCO3 CaO＋CO2↑
高温
C + O2 CO2
点燃
生铁(含c2%～4.5%)
钢(含碳0.03～2%)
产品：
高炉炼铁：
(2)铝热反应：
铝热反应：利用铝的还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量的热的性质，工业上常用铝粉来还原一些金属氧化物，这类反应叫铝热反应
铝热剂：铝粉和比铝不活泼的金属氧化物的混合物，如Al与Fe2O3 、 Al与Cr2O3 、 Al与MnO2 、 Al与V2O5 等
除铝热剂外下列操作或物质的作用
镁带：利用镁燃烧放出大量的热引发反应
氯酸钾：受热分解产生氧气作助燃剂
蒸发皿盛沙：防止熔融的铁水溅落炸裂蒸发皿
外层用湿的纸漏斗：防止漏斗燃烧
纸漏斗底部剪一个孔：使熔融铁水易于流下
铝热反应：
实验现象：
镁带剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，有熔融物落入蒸发皿中。
实验结论：
在高温下，铝与Fe2O3发生反应放出大量的热，铝置换出相对不活泼的铁
反应方程式：
2Al ＋ Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高温
铝热剂
应用：
①制取熔点较高，活泼性弱于铝的金属，如铬、锰、钒等
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
③定向爆破
写出Al分别与Cr2O3 、 MnO2 、V2O5 的反应方程式
Cr2O3＋2Al 2Cr＋Al2O3
高温
3V2O5＋10Al 6V＋5Al2O3
高温
3MnO2＋4Al 3Mn＋2Al2O3
高温
工业上通常采用铝热法将钒、铬、锰从含这些金属的矿物中冶炼出来
金属冶炼的其他方法：
Na + KCl NaCl + K ↑
沸点882.9℃
沸点774℃
将Na与KCl共熔，共熔体中K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，先汽化逸出，平衡不断正向进行，得到K单质
1.钠置换钾
2.火法炼铜
以黄铜矿(CuFeS2)为主要原料
2CuFeS2 Cu2S＋2FeS＋S
高温
Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
高温
2.湿法炼铜
CuSO4＋Fe Cu＋FeSO4
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
冶炼方法
电解法
高温还原法
热分解法
富集法
小结：金属冶炼的一般方法：
为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
金属使用的先后与金属冶炼的难易有关
金属的冶炼方法
专题九 从矿物到基础材料
—金属的冶炼方法
应用广泛的金属材料
金属元素种类多、分布广、活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂等)，多数金属以化合态存在，人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。
提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
铝土矿(Al2O3)
赤铁矿(Fe2O3)
多数金属以化合态存在
金(Au)
铂(Pt)
少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂)
白云石[CaMg(CO3)2]
辰砂(HgS)
美菱矿(MgCO3)
黄铜矿(CuFeS2)
冶炼金属要追溯到古代：
铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。
在公元前6000年到7000年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代”
铜镜
汉武帝时铜币
先秦刀币
我国在西汉初期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
我们的生产生活需要金属，所以必须要开发利用金属资源，但金属资源是不可再生资源，不是取之不尽的。
利用化学知识，科学开发利用金属矿物，使金属矿物资源得到可持续发展
怎么办呢？
一、金属的存在形式
一般而言，活动性较强的金属，在自然界以各种各样的化合态存在；活动性较弱的金属有可能以游离态形式存在。有的金属元素的存在形式既有游离态又有化合态。
二、金属的冶炼
1.概念：
利用化学反应使金属从化合态变为游离态的过程称为金属冶炼
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
例如：
2.实质：
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。
得电子，被还原
+ne-
Mn+ M
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
还原出金属的难易由什么决定呢？
讨论：金属越活泼，越___失电子，该金属阳离子就越___得电子，还原出该金属就越____。
易
难
难
结论：要根据金属的活动性顺序不同，采用不同的冶炼方法
①金属位置越靠后越易被还原，一般的还原方法即可；
②金属位置越靠前越难被还原，要使用较强的还原手段来还原
即不同金属采用不同强度的冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
富集法
3.冶炼方法：
(1)富集法
适用于极不活泼的金属：铂Pt、金Au
(2)热分解法
适合一些不活泼的金属
2HgO == 2Hg+O2↑
2Ag2O == 4Ag+O2↑
(3)高温还原法
适合大部分较活泼的金属
H2＋CuO Cu＋H2O
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
除了CO、H2、C等做还原剂外，一些活泼金属如Al等也可做还原剂还原金属，用CO和H2做还原剂所得金属的纯度更高
在金属活动性顺序中，钾、钙、钠等几种金属的活泼性很强，它们的金属阳离子都很难得电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
(4)电解法
适合一些非常活泼的金属
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
通电
冰晶石
2NaCl (熔融) 2Na＋ Cl2 ↑
通电
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
通电
注意：
②不能电解熔融AlCl3，因为AlCl3为共价化合物熔融状态不电离，应电解熔融Al2O3 ，并加入冰晶石降低熔点
①电解熔融的NaCl、MgCl2，不能电解盐溶液，不能电解熔融MgO，因为MgO熔点高于MgCl2，耗能高；
1886年，美国化学家霍尔通过不断摸索, 把氧化铝熔化在熔融的冰晶石（Na3AlF6）中进行电解, 终于看到小球状的铝聚集在阴极上。
电解铝方法的发明
冰晶石（Na3AlF6）做助熔剂，大大降低了Al2O3 的熔点（20540C）使其在1000℃熔融，降低铝的冶炼成本。
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
通电
冰晶石
4.金属冶炼的实际应用：
(1)高炉炼铁：
反应原理：
在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石中还原出来
原料：
铁矿石、焦炭、石灰石和空气等
设备：
①还原剂的生成：
炼铁高炉
生产过程：
②铁矿石还原成铁：
③除去脉石、炉渣：
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
C + CO2 2CO
高温
CaO + SiO2 CaSiO3
高温
CaCO3 CaO＋CO2↑
高温
C + O2 CO2
点燃
生铁(含c2%～4.5%)
钢(含碳0.03～2%)
产品：
高炉炼铁：
(2)铝热反应：
铝热反应：利用铝的还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量的热的性质，工业上常用铝粉来还原一些金属氧化物，这类反应叫铝热反应
铝热剂：铝粉和比铝不活泼的金属氧化物的混合物，如Al与Fe2O3 、 Al与Cr2O3 、 Al与MnO2 、 Al与V2O5 等
除铝热剂外下列操作或物质的作用
镁带：利用镁燃烧放出大量的热引发反应
氯酸钾：受热分解产生氧气作助燃剂
蒸发皿盛沙：防止熔融的铁水溅落炸裂蒸发皿
外层用湿的纸漏斗：防止漏斗燃烧
纸漏斗底部剪一个孔：使熔融铁水易于流下
铝热反应：
实验现象：
镁带剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，有熔融物落入蒸发皿中。
实验结论：
在高温下，铝与Fe2O3发生反应放出大量的热，铝置换出相对不活泼的铁
反应方程式：
2Al ＋ Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高温
铝热剂
应用：
①制取熔点较高，活泼性弱于铝的金属，如铬、锰、钒等
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
③定向爆破
写出Al分别与Cr2O3 、 MnO2 、V2O5 的反应方程式
Cr2O3＋2Al 2Cr＋Al2O3
高温
3V2O5＋10Al 6V＋5Al2O3
高温
3MnO2＋4Al 3Mn＋2Al2O3
高温
工业上通常采用铝热法将钒、铬、锰从含这些金属的矿物中冶炼出来
金属冶炼的其他方法：
Na + KCl NaCl + K ↑
沸点882.9℃
沸点774℃
将Na与KCl共熔，共熔体中K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，先汽化逸出，平衡不断正向进行，得到K单质
1.钠置换钾
2.火法炼铜
以黄铜矿(CuFeS2)为主要原料
2CuFeS2 Cu2S＋2FeS＋S
高温
Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
高温
2.湿法炼铜
CuSO4＋Fe Cu＋FeSO4
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
冶炼方法
电解法
高温还原法
热分解法
富集法
小结：金属冶炼的一般方法：
为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
金属使用的先后与金属冶炼的难易有关