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第一节 开发利用金属矿物和海 水资源 （1） 金属矿物的开发利用 本节课要学习的主要内容 1 金属冶炼的实质 2 金属冶炼的方法 3 常见金属的冶炼原理 4 金属资源的可持续发展 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 化学研究和应用的目标 用已有的化学知识开发利用自然界的物质资源 和能量资源，同时创造新物质（主要是高分子） 使人类的生活更方便、舒适。在开发利用资源的 同时要注意保护环境、维护生态平衡，走可持续 发展的道路；建立“绿色化学”理念：创建源头 治理环境污染的生产工艺。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 自然资源与可持续发展 广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、 地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前 和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发 展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自 然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之 间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济可 持续发展，社会可持续发展、资源可持续发展、环境 可持续发展和全球可持续发展等方面。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 请同学们列举出常见金属的名称？你知道 它们在自然界中的存在形式吗？ 少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能 以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质 比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。 大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如 铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 常见的金属矿物资源 金矿 Au 铂矿 Pt 少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂） www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 常见的金属矿物资源 大多数金属以 化合态存在 白云石 CaMg[CO3]2 辰砂 HgS 如果需要金 属单质，那 怎么办？ ——冶炼金属 黄铜矿 CuFeS2 菱镁矿 MgCO3 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 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。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 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 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 我国在西汉初时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。 古代中国劳动人民用木炭炼铁 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 我们的生活生产需要金属，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. 那如何解决 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 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 一、金属矿物的开发利用 1、金属的冶炼 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料的过程在 工业上称为金属的冶炼 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 回忆：初中学过冶炼铁的方法？ 高温 Fe2O3 + 3CO== 2Fe + 3CO2 得电子 能由此找出金属冶炼的实质吗 2、金属冶炼的实质 实质是用还原的方法使金属化合物中的 金属离子得到电子变成金属原子。 n+ 得电子 M （被还原） M 还原出金属的难 易由什么决定？ www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 讨论：金属越活泼，越 易 失电子，该 金属离子就越 难 得电子，还原出该金 属就越 难 。 结论： 要根据金属的活动性顺序不同， 采取不同的冶炼方法 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 结论：①金属位置越靠后，越易被还原， 用一般的还原方法即可； ②金属位置越靠前，越难被还原， 要用较强的还原手段来还原 由于不同的金属离子的得电子能力 不同，所以要采用不同强度的冶炼方法 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 2.冶炼方法 课前自主学习效果诊 断 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 3、金属冶炼的一般方法： (1)物理提取法 适用于极不活泼的金属——Pt、Au (2)热分解法（适合一些不活泼金属） 加热 2HgO === 2Hg + O2 ↑ 加热 2Ag2O === 4Ag + O2 ↑ 对于不活泼金属，可以直接用加热分解 的方法将金属从其化合物中还原出来 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn （3）电解法（适合一些非常活泼金属） 电解 MgCl2 (熔融) === Mg + Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) === 4Al + 3O2 ↑ 冰晶石 电解 2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑ 思考：电解氯化钠溶液能制得钠吗？ www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 电 解 法 阴 极 阳 极 阴 极 阳 极 在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几 种金属的还原性很强，这些金属都很容易失 去电子，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。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn （4）热还原法（适用于大部分金属） 高温 CuO+H2 === Cu + H2O 高温 Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 ↑ 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 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 实验4 – 1 铝热反应 【提出问题】 ①活泼金属能像 CO那样做还原剂 还原出金属吗？ ②若能， Fe2O3 跟Al在高温条件下 反应生成什么？ www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 除铝热剂外，下列操作或物质的作用： 引燃剂 助燃剂 蒸发皿盛沙：防止溅落物炸裂蒸发皿 内层纸漏斗底部剪一个孔：使熔融物易于落下 实验现象:镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼 实验现象： 的白光，纸漏斗下部被烧穿，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 高温 2Fe＋Al2O3 反应方程式： 2Al＋Fe2O3 铝热剂 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 铝热反应的应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢 轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金 属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 其它铝热反应 高温 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 高温 3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 小结：冶金的一般方法： 金属活动 顺序 K、Ca、Na、Zn、Fe、Sn、 Hg、 Pb（H）、Cu Ag Mg、Al Pt、 Au 金属失电 子能力 强————————————→弱 金属离子 的得电子 弱————————————→强 主要冶炼 方法 电解法 热还原法 热分 解法 物理提 取法 可见，越活泼的金属越难冶炼 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 金属活动顺序与金属冶炼的关系： 金属活动性序表中，位置越靠后，越容易被 还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金 属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只 能用最强的还原手段来还原。（离子） 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。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 1、下列各种冶炼方法中，可以制得 相应金属的是（ C ） A、加热氧化铝 B、加热碳酸钙 C、电解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热 2、根据金属在金属活动顺序表中的位置 及性质，推测制取下列金属最适宜的方法： ①Na 电解法 ②Zn 加热还原法 ③Hg 加热分解法 ④Au 物理提取法 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 4、常见金属的冶炼原理 不同的金 属离子得 到电子的 能力不同 是什么原因导致 了不同的金属要 采用不同的冶炼 方法呢 ？？？ www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 小资料 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨 铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万 吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展 下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直 至有一天枯竭。 讨论： 我们每年数以亿吨计的向自然界索取金 属资源，资源就会越来越少，直至有一天枯 竭。怎样才能使金属资源可持续发展？ www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 5、金属资源的可持续发展 回收和再利用 提高金属矿物的利用率 减少金属的使用量 使用其他材料代替金属材料 …… www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 思考与交流（P90） www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 思考与交流（P90） 1、目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟， 要投入实用更面临许多课题。除了成本比陆地高以外， 还存在破坏生态环境等问题。有资料表明，开采海底 矿藏作为一个产业将在2010年至2030年才能形成。 2.废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善 环境和保护人类生存条件等任务，是一项利在当代、 功在千秋的社会性公益事业。通过查阅有关资料，帮 助同学树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。 www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 课堂练习 1、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（ B ） A．（Ⅰ）用① B．（Ⅱ）用② C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④ www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn 2、工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3）生产铝的过 程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物 质的分子式） 写出①～④反应的方程式 ①Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O ②2NaAlO2+CO2+3H2O====2Al(OH)3↓+Na2CO3 ③Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH △ ④2Al(OH)3 ====Al2O3+3H2O www.jxjyzy.com www.jxdjg.gov.cn www.jxjyzy.com