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1、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高一人教版化学必修第二册第八章学习目标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型。2. 通过铝的冶炼成本的计算，认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。金属生活生产国防科技一、金属元素在自然界中的存在形式天然金Au天然铂Pt赤铁矿Fe2O3 蓝铜矿Cu3(CO3)2(OH)2 萤石CaF2 游离态化合态（绝大多数）图片来源于网络二、金属冶炼1. 定义：将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。2. 实质：MnneM3. 一般步骤： 采矿矿石富集金属冶炼精炼4
2、. 金属冶炼的一般方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au约200年前约3000年前铁器时代约6000年前青铜时代人类冶炼金属历史时间：【思考】请分析推测人类发现和使用金属材料，可能受哪些因素的影响？ 为什么？ 金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。因为金属越活泼还原性就越强，其离子的氧化性越弱，得电子能力越弱，就越难被还原，故使用的时间越晚。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au阅读课本P98总结金属冶炼常用方法4. 金属冶炼的一般方法电解法热还原法热分解法物理方法图片来源于网络K Ca Na Mg A
3、l Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au(1) 物理方法富集(极不活泼金属Pt 、Au)4. 金属冶炼的一般方法浪淘沙 -刘禹锡日照澄洲江雾开，淘金女伴满江隈。 美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。 淘金原理：金的密度比沙大K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au(2) 热分解法(不活泼的金属Hg、Ag )4. 金属冶炼的一般方法2HgO 2Hg + O2 2Ag2O 4Ag + O2 HgS Hg + S古代炼丹术士葛洪的抱朴子中“丹砂(HgS)烧之成水银”K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au(3
4、) 热还原法(ZnCu中等活泼金属 )4. 金属冶炼的一般方法【回顾】初中已经学过的高炉炼铁和氢气还原氧化铜。Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温CuO+H2 Cu+H2O高温常用的还原剂有：Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3 高温铝热反应 CO、H2、C、活泼金属【思考】镁条与氯酸钾的作用分别是什么？ 镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂；应用： 焊接铁轨，Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3 高温冶炼金属。Cr2O3MnO2法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那
5、一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？材料1：有人说，如果时光可以倒流，他最想做的事情是背上行囊，装满铝，回到拿破仑时代换回许多金子。材料2：1827年，德国化学家维勒将金属钾和无水氯化铝共热，冷却后投入水中，得到银灰色的金属铝粉末。30年后，法国化学家德维尔用金属钠还原氯化铝，使铝成为工业产品。但当时金属钠价格昂贵，导致铝比黄金还要贵好几倍。材料3：1886 年，美国大学生霍尔和法国大学生埃鲁各自独立地研究出电解制铝法，通过电解熔融氧化铝的方法成功制得铝。在实验中霍尔发现向氧化铝中加入冰晶石，可以把氧化铝熔点降低，这一创新方法大大降低了
6、能耗，冶炼铝的成本大大降低，从此铝制品这一曾经的奢侈品走进了千家万户，可谓“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”。 金属冶炼实质：MnneM还原剂：CO、H2、C、活泼金属等外加电源（电解法）最强有力的氧化还原手段适用于Na，Mg，Al等非常活泼的金属，一般还原剂难以将其还原出来适用于Fe，Cu等中等活泼性的金属。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au4. 金属冶炼的一般方法材料3：1886 年，美国大学生霍尔和法国大学生埃鲁各自独立地研究出电解制铝法，通过电解熔融氧化铝的方法成功制得铝。在实验中霍尔发现向氧化铝中加入冰晶石，可以把氧化铝熔点降低，这一创新
7、方法大大降低了能耗，冶炼铝的成本大大降低，从此铝制品这一曾经的奢侈品走进了千家万户，可谓“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”。【思考】请根据材料3，写出上述过程中冶炼铝的化学方程式。2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2 电解冰晶石K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au(4) 电解法(很活泼的金属 )4. 金属冶炼的一般方法2NaCl (熔融) 2Na + Cl2 电解MgCl2 (熔融) Mg + Cl2 电解2Al2O3 (熔融) 4Al + 3O2 电解冰晶石物质MgCl2MgOAlCl3Al2O3熔点/oC71428521902054已知有关
8、物质的熔点数据如下表:【思考】为什么工业上冶炼镁时电解熔融MgCl2而不是MgO？而冶炼铝时电解Al2O3冰晶石熔融混合物而不是AlCl3 ？MgO熔点高，MgCl2熔点低，耗能少，成本低。 AlCl3虽然熔点低，但其是共价化合物，熔融状态下不导电。 三、合理开发和利用金属矿物资源【思考与讨论】计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8106 J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿相比，前者的能耗仅为后者的3%-5%。通过对上述数据的分析和比较，并结合图8-1和图8-2，你想到了什么？图8-1图8-21. 从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量，因而实际生产过程中必须
9、考虑投入与产出，要考虑成本。2. 加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。3. 实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时。也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。【归纳】合理开发和利用金属矿物资源的措施：(1) 提高金属矿物的利用率(2) 开发环保高效的金属冶炼方法(4) 加强金属资源的回收和再利用(5
10、) 使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量(3) 防止金属的腐蚀 1. 北宋沈括梦溪笔谈中记载：“信州铅山有苦泉，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”。下列有关叙述错误的是 A胆矾的化学式为CuSO4 B胆矾可作为湿法冶铜的原料 C“熬之则成胆矾”是浓缩结晶过程 D“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是发生了置换反应练习2. 下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是( )A. 加热氧化铝 B. 电解熔融氯化钠 C. 加热碳酸钙 D. 氯化钠与铝粉高温共热B练习3. 冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法水煤气(或氢气或一氧化碳)法活泼金属置换法电解法。四种方法在工业上
11、均有应用。古代有()火烧孔雀石炼铜；()湿法炼铜；现代有()铝热法炼铬；()从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )A. ()用 B. ()用C. ()用 D. ()用B练习【课堂小结】金属矿物的开发利用1. 金属冶炼实质：MnneM2. 金属冶炼的常用方法：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au电解法热还原法热分解法物理方法3. 合理开发和利用金属矿物资源1. 下列说法中正确的是()A金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将 金属从其化合物中还原出来B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C金属由化合态变为游离态，可能被
12、还原，也可能被氧化D金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大A练习与应用2. 下列关于金属冶炼的说法正确的是()A由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产AlB可以用钠加入氯化镁溶液中制取镁C炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热D金属冶炼的方法由金属的活泼性决定D练习与应用3. 以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2SO2 2CuSO2。下列说法不正确的是()A化合价发生变化的元素有3种BCu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂C1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4 molDSO2被分离、回收后氧化生成SO3，作为制取硫酸的原料 高温C练习与应用2+4+10204. 工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：下列叙述正确的是()A试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸B反应过滤后所得沉淀为Fe(OH)3C图中所有转化反应都不是氧化还原反应D反应的化学方程式为NaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3D练习与应用CO2NaOH