金屬礦物的開發(fā)利用

關(guān)于金屬礦物的開發(fā)利用第1頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六

一、金屬礦物的開發(fā)和利用請(qǐng)思考1請(qǐng)同學(xué)們列舉出日常生活中常見金屬？越多越好！它們的性質(zhì)如何？鐵鍋，鐵窗，鐵門，金戒指，銀戒指，鉑戒指，不銹鋼水壺……

鐵鍋的主要成分是鐵，性質(zhì)不穩(wěn)定，保存不當(dāng)易生銹，

戒指有金，鉑，銀，金屬合金等之分，不同的成分，性質(zhì)差異很大……第2頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六除了金、鉑等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界。在化合物中金屬均為正化合價(jià)。

2金屬元素在自然界中的存在形式？化合價(jià)如何？第3頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六金銀鉑隕鐵赤鐵礦磁鐵礦黃鐵礦孔雀石菱鎂礦鋁土礦氯化鈉游離態(tài)金屬礦化合態(tài)金屬礦黃銅礦第4頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六1.游離態(tài)：金、鉑等極少數(shù)金屬（性質(zhì)極不活潑）。2.化合態(tài)：絕大多數(shù)金屬，且在化合物中金屬均為正化合價(jià)。（性質(zhì)較活潑)

一金屬元素在自然界中的存在形式第5頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六這就需要把金屬從其化合物中還原出來，用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料，這個(gè)過程就是金屬的冶煉。思考：金屬在自然界主要以化合物的形式存在；而生產(chǎn)加工金屬制品需要的是金屬單質(zhì)；

怎么辦？第6頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六二、金屬的冶煉

1、金屬的冶煉定義：將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉第7頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六

問題

3、金屬冶煉的基本原理是什么？

問題

4、金屬冶煉常用的方法？怎樣依據(jù)不同的金屬，選擇不同的冶煉方法？

問題

5、什么是鋁熱反應(yīng)？

問題展示第8頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六問題

3、金屬冶煉的基本原理是什么？分析解決問題第9頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六回憶：初中學(xué)過冶煉鐵的方法？Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2

高溫得電子

能由此找出金屬冶煉的實(shí)質(zhì)嗎？？

2、金屬冶煉的實(shí)質(zhì)

實(shí)質(zhì)是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。M得電子M（被還原）n+還原出金屬的難易由誰決定？第10頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六分析解決問題4金屬冶煉常用的方法？怎樣依據(jù)不同的金屬，選擇不同的冶煉方法？

第11頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六+nM礦石中的金屬是:分析:得電子,被還原化合態(tài)(除金鉑）M0KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬失電子能力逐漸減弱對(duì)應(yīng)陽離子得電子能力逐漸增強(qiáng)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAg

PtAu金屬活動(dòng)性不同，所用的還原方法一樣嗎？第12頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六討論：金屬越活潑，越

失電子，該金屬離子就越

得電子，還原出該金屬就越

。易難難結(jié)論：

由于不同的金屬離子的得電子能力不同，所以要采用不同強(qiáng)度的冶煉方法

要根據(jù)金屬的活動(dòng)性順序不同，采取不同的冶煉方法第13頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六3、金屬冶煉的一般方法：(1)物理提取法

(適用于極不活潑的金屬——Pt、Au)淘金原理：金的質(zhì)量較沙重,在淘去粗沙后,用水銀滾動(dòng)吸附金,水銀是已知唯一可以粘附金物質(zhì).馬達(dá)加斯加街頭淘金者剛果手工金礦開采第14頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六(2)熱分解法（適合一些不活潑金屬）一些不活潑的金屬，它們是在金屬活動(dòng)順序中位于氫后面的金屬，如Hg、Ag等，其陽離子得電子能力很強(qiáng)，所以其還原的條件比較容易達(dá)到。Hg、Ag的氧化物受熱就能分解得到單質(zhì)。

2HgO==2Hg+O2↑▲2Ag2O==4Ag+O2↑▲第15頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六（3）電解法（適合一些非?；顫娊饘伲┰诮饘倩顒?dòng)性順序中，鉀、鈉、鈣、鎂、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，而它們的陽離子很難得到電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用電解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。

思考：電解氯化鈉溶液能制得鈉嗎？2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑

2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)====Mg+Cl2↑

電解冰晶石電解電解第16頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六（4）熱還原法（適用于大部分金屬）KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu對(duì)于大多數(shù)金屬，如位于活動(dòng)性順序表中間一段的金屬所對(duì)應(yīng)的離子，得電子能力較強(qiáng)，其化合物又不能通過受熱分解得到金屬單質(zhì)，必須使用還原劑還原金屬陽離子。常見的還原劑有焦炭、CO、H2。一些活潑金屬也可作為還原劑，將相對(duì)不活潑的金屬從其化合物中置換出來第17頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六CuO+H2===Cu+H2O高溫Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2

↑高溫2CuO+C===2Cu+CO2

↑▲練習(xí)：要求學(xué)生寫出分別用C、H2、活潑金屬的還原劑冶煉赤鐵礦的化學(xué)方程式。常用還原劑：C、CO、H2、活潑金屬等

第18頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg電解法熱還原法KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg

同種金屬可以有不同的冶煉方法:如Cu既可用還原法,也可用電解法,根據(jù)其不同用途選擇不同的冶煉方法。

活潑

中等活

不活潑（C、CO、H2、Al等）（氧化物、氯化物）（氧化物）熱分解法第19頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六閱讀課本89頁表4-1常見金屬的冶煉原理第20頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六1、下列各種冶煉方法中，可以制得相應(yīng)金屬的是（）

A、加熱氧化鋁B、加熱碳酸鈣

C、電解熔融氯化鈉

D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱2、根據(jù)金屬在金屬活動(dòng)順序表中的位置及性質(zhì)，推測(cè)制取下列金屬最適宜的方法：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C電解法加熱還原法加熱分解法物理提取法練習(xí)第21頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六【提出問題5】①活潑金屬能像CO那樣做還原劑還原出金屬嗎？②若能，

Fe2O3跟Al在高溫條件下反應(yīng)生成什么？第22頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六1、實(shí)驗(yàn)前用磁鐵檢查室溫下有無鐵存在。（反應(yīng)前:無鐵存在）

2、演示鋁熱反應(yīng)。（反應(yīng)中：發(fā)光、放熱、反應(yīng)劇烈）

3、反應(yīng)后再用磁鐵檢查有無鐵生成。（反應(yīng)后：有塊狀生成物被磁鐵吸起）實(shí)驗(yàn)4--1第23頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六1、鎂條的作用是什么？2、氯酸鉀的作用是什么？問題在該反應(yīng)中，鎂條和氯酸鉀是引燃劑，鎂條在空氣中可燃燒，氧氣是氧化劑。但插入混合物中的部分鎂條燃燒時(shí)，氯酸鉀則是氧化劑，以保證鎂條的繼續(xù)燃燒，同時(shí)放出足夠的熱量引發(fā)Fe2O3和Al粉的反應(yīng)。由于該反應(yīng)放出大量的熱，只要引發(fā)反應(yīng)就可劇烈進(jìn)行，放出的熱使生成的鐵熔為液態(tài)。

引燃劑第24頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼的白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中——鐵。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意安全，反應(yīng)裝置應(yīng)遠(yuǎn)離易燃物；鋁粉要細(xì)（200目以上），最好用鋁銀粉（商業(yè)名稱）；預(yù)先擦去鎂帶的氧化膜，長度約需10cm（過短熱量不夠，影響實(shí)驗(yàn)效果）。這個(gè)反應(yīng)放出的熱量可以講熔點(diǎn)高達(dá)2000多度的鐵熔化成液態(tài)，可以想象這個(gè)能量有多大

注意事項(xiàng)：反應(yīng)現(xiàn)象：第25頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六5鋁熱反應(yīng)Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫還原劑：鋁

結(jié)論：一些活潑的金屬也可作還原劑還原金屬鋁熱劑思考：鋁可以用來制取哪些金屬？鋁熱反應(yīng)的原理：利用鋁的還原性，將不及鋁活潑的金屬從其化合物種置換出來第26頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六3MnO2+4Al===高溫Cr2O3+2Al===高溫3Co3O4+8Al===高溫其它鋁熱反應(yīng)

3Mn+2Al2O32Cr+Al2O39Co+4Al2O3還原劑：鋁第27頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用

鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等等高熔點(diǎn)金屬第28頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六2：打磨操作3：探傷操作1：焊接操作西藏鐵路發(fā)車西藏鐵路無縫焊接第29頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六4思考：為什么人類使用鐵器比使用銅器晚？使用鋁

制品又比使用鐵制品晚？答：金屬越活潑，冶煉難度越大，發(fā)現(xiàn)得通常越晚。3、鋁能用來冶煉難熔金屬（如Fe、V、Mn等），這是因?yàn)殇X有()A．兩性B．良好導(dǎo)電性

C．熔點(diǎn)低D．還原性，在反應(yīng)中放出大量熱D練習(xí)第30頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六

我們每年數(shù)以億噸計(jì)的向自然界索取金屬資源，資源就會(huì)越來越少，直至有一天枯竭。怎樣才能使金屬資源可持續(xù)發(fā)展？討論：小資料以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會(huì)越來越少，直至有一天枯竭。閱讀：第31頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六6、金屬資源的可持續(xù)發(fā)展（1）回收和再利用（2）提高金屬礦物的利用率（3）減少金屬的使用量（4）使用其他材料代替金屬材料……第32頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六金屬的回收和資源保護(hù)第33頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六7金屬的回收和資源保護(hù)回收金屬的意義：（1）節(jié)約礦物資源；（2）節(jié)約能源；（3）減少環(huán)境污染第34頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六思考與交流課本P90頁第35頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六小結(jié)：冶金的一般方法：可見，越活潑的金屬越難冶煉K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、Ag強(qiáng)————————————→弱弱————————————→強(qiáng)電解法熱還原法熱分解法Pt、Au主要冶煉方法金屬離子的得電子

金屬失電子能力金屬活動(dòng)順序物理提取法第36頁，共40頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)53分，星期六閱讀思考：未來金屬——鈦(Ti)鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，也有人說“21世紀(jì)將是鈦的世紀(jì)”。鈦是一種性能非常優(yōu)越的金屬。密度小、硬度大、熔點(diǎn)高。鈦的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕。鈦和鈦的合金大量用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等領(lǐng)域。鈦的主要礦石是金紅石（主要成分是T