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1、第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源第一课时第一课时 金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用地地 大大 物物 博博金矿金矿 Au铂矿铂矿Pt五颜六色的金属矿石五颜六色的金属矿石辰砂辰砂 HgS赤铁矿赤铁矿Fe2O3磁铁矿磁铁矿Fe3O4黄铁矿黄铁矿FeS2黄铜矿黄铜矿CuFeS2孔雀石孔雀石Cu(OH)2CO3光卤石光卤石MgCl2 白云石白云石CaMg(CO3)2 金属在自然界的存在金属在自然界的存在金属在自然界以哪些形式存在？金属在自然界以哪些形式存在？绝大多数金属以绝大多数金属以化合态化合态形式存在
2、，形式存在，少数金属（如少数金属（如 金金、铂、铂）以）以游离态游离态存在。存在。金属在自然界中存在形式，是由金属什金属在自然界中存在形式，是由金属什么性质决定的？么性质决定的？化学活泼性化学活泼性 金属开发史金属开发史浪淘沙浪淘沙 -刘禹锡刘禹锡(唐唐)日照澄洲江雾开，日照澄洲江雾开，涛金女伴满江隈。涛金女伴满江隈。美人首饰侯王印，美人首饰侯王印，尽是沙中海底来。尽是沙中海底来。诗词中描述的是什么场景诗词中描述的是什么场景？淘淘“金金”场景场景殷墟（商朝）考古发现，殷墟（商朝）考古发现，3000多年前我国多年前我国古代劳动人民就掌握了孔雀石炼铜工艺，他古代劳动人民就掌握了孔雀石炼铜工艺，他们
3、将孔雀石，主要成分们将孔雀石，主要成分Cu2(OH)2CO3和和木炭木炭一起加热就可得到红色的金属铜。一起加热就可得到红色的金属铜。孔雀石孔雀石Cu2(OH)2CO3你能写出它的反应原理吗你能写出它的反应原理吗C+2CuO CO2 +2Cu高温高温Cu2(OH)2CO3 2CuO +H2O +CO2 金属开发史金属开发史辉铜矿辉铜矿Cu2S制陶工艺后期改进了窑的结构，加深了火膛，缩小制陶工艺后期改进了窑的结构，加深了火膛，缩小了火口使了火口使空气空气更加充足，温度更高。这时无意中闻到更加充足，温度更高。这时无意中闻到了刺激性气味的气体，发现了金属铜。原来是因为建了刺激性气味的气体，发现了金属铜
4、。原来是因为建窑的过程中用到了窑的过程中用到了辉铜矿辉铜矿(Cu2S)。西汉刘安所著的西汉刘安所著的淮南万毕术淮南万毕术记载：记载：“曾青曾青得铁得铁则化为铜则化为铜”。你能写出制铜的反应吗你能写出制铜的反应吗Cu2S+O2 2Cu+SO2 高温高温 FeCuSO4 Cu FeSO4 湿法炼铜湿法炼铜金属开发史金属开发史火法炼铜火法炼铜史记史记记载：始皇陵有大量水银。地质记载：始皇陵有大量水银。地质学家先后两次来始皇陵采样。发现始皇陵封学家先后两次来始皇陵采样。发现始皇陵封土土壤样品中果然出现土土壤样品中果然出现“汞异常汞异常”。科学家。科学家由此得出初步结论由此得出初步结论:史记史记中关于始
5、皇陵中中关于始皇陵中埋藏上百吨汞的记载是可靠的。埋藏上百吨汞的记载是可靠的。古代炼丹术家葛洪所著的古代炼丹术家葛洪所著的抱朴子抱朴子记载：记载：“丹砂丹砂烧之成水银烧之成水银”汞矿汞矿(HgO)你能写出它的反应原理吗你能写出它的反应原理吗2HgO 2Hg O2 HgS+O2 Hg+SO2 金属开发史金属开发史我国在西汉初时已经懂得我国在西汉初时已经懂得将将铁矿石铁矿石(Fe2O3)和木炭一层一层的堆放在炼和木炭一层一层的堆放在炼铁炉中，点火燃烧产生铁炉中，点火燃烧产生CO从而使铁从而使铁矿石中的铁还原为单质。矿石中的铁还原为单质。你能写出制铁的反应吗你能写出制铁的反应吗 Fe2O33CO 2F
6、e3CO2高温高温金属开发史金属开发史100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯一个比黄金还要贵重的奖杯铝杯铝杯，赠，赠送给门捷列夫。送给门捷列夫。为什么这个时期为什么这个时期“铝铝”比金比金还贵重呢还贵重呢?早期炼早期炼 Al 十分困难！十分困难！金属开发史金属开发史1886年年,美国化学家美国化学家 霍尔霍尔 用用电解法电解法得到得到金属铝。金属铝。2Al2O3(熔融熔融)电解电解冰晶石冰晶石4Al+3O2冰晶石冰晶石：Na3AlF6（氟铝酸钠）（氟铝酸钠）助熔剂助熔
7、剂 电解氧化铝生产车间电解氧化铝生产车间电解槽电解槽金属开发史金属开发史人类使用金属的年代先后顺序与什么有关？人类使用金属的年代先后顺序与什么有关？金属活泼性有关！金属活泼性有关！现代现代人类历史发展进程中，人类历史发展进程中，发现和冶炼的金属发现和冶炼的金属Au、Hg、Cu、Fe、Al古代古代K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu活泼的金属活泼的金属 比较活泼的金属比较活泼的金属 不活泼的金属不活泼的金属 Hg、Ag、Pt、Au金属活动顺序表金属活动顺序表金属开发史小结金属开发史小结金属冶炼金属冶炼 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将金属从其化合物
8、中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为料，这一过程在工业上称为金属冶炼金属冶炼。矿石预处理矿石预处理金属冶炼金属冶炼金属精炼金属精炼 铝热反应铝热反应实验实验4-1（实验步骤）：（实验步骤）：1、把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗、把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起，取出内层滤纸，在其底状套在一起，取出内层滤纸，在其底部剪一小孔后用水湿润，再套回原处，部剪一小孔后用水湿润，再套回原处，并架在铁圈上，下面放置一盛有沙子并架在铁圈上，下面放置一盛有沙子的蒸发皿。的蒸发皿。2、将、将5g干燥的干燥的Fe2O3粉末粉末和和2g Al粉粉均均匀混合后放入纸漏斗中，在混合物上匀混合后放入
9、纸漏斗中，在混合物上面加少量面加少量KClO3固体，中间插一根用固体，中间插一根用砂纸打磨过的砂纸打磨过的Mg带带。3、用燃着的小木条点燃、用燃着的小木条点燃Mg带，观察带，观察现象（反应时会产生高温、发出强光，现象（反应时会产生高温、发出强光，观察时请注意安全不要直视）。观察时请注意安全不要直视）。铝热剂：铝热剂：金属铝与铁、钴、金属铝与铁、钴、镍、锰等的氧化镍、锰等的氧化物的混合物。物的混合物。现象现象化学化学反应反应镁条剧烈燃烧，发出耀眼白镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光，混合物剧烈反应，下端光，混合物剧烈反应，下端有有红热的红热的铁生铁生成。成。Mg条、条、KClO3的作用是什么？的作用是什
10、么？2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3高温高温Mg燃烧放出热量为反应燃烧放出热量为反应提供高提供高温条件温条件，KClO3受热分解生成受热分解生成氧气氧气作助燃剂作助燃剂。铝热反应铝热反应铁轨的焊接、铁轨的焊接、冶炼金属冶炼金属铝热反应用途铝热反应用途金属冶炼小结金属冶炼小结冶炼方法冶炼方法（根据金属活泼性不同）（根据金属活泼性不同）金属活动金属活动顺序顺序K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb CuHg AgPt Au冶冶炼方法炼方法金属失金属失e能能力力 金属离子得金属离子得e能能力力 结论结论 电解法电解法热还原法热还原法 热分解法热分解法 物理提取法物理提取法难难难难易易
11、易易难难难难易易易易金属金属越活泼越活泼，冶炼就越，冶炼就越难！难！牛刀小试牛刀小试1、书写、书写 Al 还还原原Cr2O3、MnO2、Co3O4的方程式的方程式。2、有人认为上述实验最后得到的固体中含有、有人认为上述实验最后得到的固体中含有Fe和和 未反应的未反应的Al，请设计实验加以证明。，请设计实验加以证明。3、如何从铝土矿、如何从铝土矿(主要含主要含Al2O3、SiO2、Fe2O3)中制备中制备 金属金属Al？写出相应的化学反应方程式。？写出相应的化学反应方程式。提供试剂：提供试剂：稀盐酸、稀盐酸、NaOH溶液、溶液、NH3H2O、CO2气体气体牛刀小试牛刀小试1、书写、书写 Al 还
12、还原原Cr2O3、MnO2、Co3O4的方程式的方程式。3MnO24Al 2Al2O33Mn高温高温Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O33Co3O4+8Al 9Co+4Al2O3高温高温高温高温牛刀小试牛刀小试3、如何从铝土矿、如何从铝土矿(主要含主要含Al2O3、SiO2、Fe2O3)中制备中制备 金属金属Al？写出相应的化学反应方程式。？写出相应的化学反应方程式。提供试剂：提供试剂：稀盐酸、稀盐酸、NaOH溶液、溶液、NH3H2O、CO2气体气体 Al(OH)Al(OH)3 3铝土矿铝土矿 过滤过滤 过滤过滤NaHCONaHCO3 3足量的稀盐酸足量的稀盐酸SiOSiO2 2足量的足量的
13、NaOHNaOH溶液溶液足量的足量的COCO2 2气体气体Fe(OH)Fe(OH)3 3 过滤过滤Al2O3Al电解电解FeClFeCl3 3 AlClAlCl3 3 NaAlONaAlO2 2 NaClNaCl加热加热 NaClNaCl牛刀小试牛刀小试3、如何从铝土矿、如何从铝土矿(主要含主要含Al2O3、SiO2、Fe2O3)中制备中制备 金属金属Al？写出相应的化学反应方程式。？写出相应的化学反应方程式。提供试剂：提供试剂：稀盐酸、稀盐酸、NaOH溶液、溶液、NH3H2O、CO2气体气体 Al(OH)Al(OH)3 3铝土矿铝土矿 过滤过滤 过滤过滤足量的稀盐酸足量的稀盐酸FeFe2O O3足量的足量的NaOHNaOH溶液溶液足量的足量的NH3H2OH H2 2SiOSiO3 3 过滤过滤Al2O3Al电解电解NaNa2 2SiOSiO3 3 NaAlONaAlO2 2 AlClAlCl3 3 NaClNaCl加热加热 NaClNaCl