8.1第1課時(shí)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用課件高一化學(xué)人教版

第8章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展

第一節(jié)自然資源的開(kāi)發(fā)利用第1課時(shí)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)入一在自然界中,除了金、鉑等極少數(shù)金屬,絕大多數(shù)金屬元素以化合物的形式存在于自然界。但我們往往使用的金屬材料是純金屬或合金,那么如何從礦石中得到金屬單質(zhì)呢?導(dǎo)入二我國(guó)晉代煉丹術(shù)士葛洪所著《抱樸子》中記載:“丹砂燒之成水銀。”北宋科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中記載有:“信州鉛山縣有苦泉,流以為澗。挹其水熬之,則成膽礬,烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜,久之亦化為銅。”以上文獻(xiàn)中涉及了哪些金屬的冶煉?導(dǎo)入三冶金,是指從礦物中提取金屬或金屬化合物,用各種加工方法將金屬制成具有一定性能的金屬材料的過(guò)程和工藝。冶金具有悠久的發(fā)展歷史,從石器時(shí)代到隨后的青銅器時(shí)代,再到近代鋼鐵冶煉的大規(guī)模發(fā)展,人類(lèi)發(fā)展的歷史融合了冶金的發(fā)展歷史。冶金的技術(shù)主要包括火法冶金、濕法冶金以及電冶金。隨著物理化學(xué)在冶金中成功的應(yīng)用,冶金從工藝走向科學(xué),于是有了大學(xué)里的冶金工程專業(yè)。金屬礦物是如何開(kāi)發(fā)利用的呢?這節(jié)課我們一起來(lái)探討。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用播放視頻“鋼鐵是怎樣煉成的”。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用閱讀教材,思考并交流以下幾個(gè)問(wèn)題。1.金屬的冶煉指什么?2.金屬冶煉有哪些方法?金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法有沒(méi)有聯(lián)系?如果有,有什么規(guī)律嗎?1.金屬冶煉：將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)，用于生產(chǎn)各種金屬材料，這一過(guò)程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。例如：一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用2.金屬冶煉的實(shí)質(zhì):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。3.金屬的冶煉方法:(1)物理提取法:用于提取最不活潑的金屬。Au、Pt等金屬在自然界中主要以單質(zhì)的形式存在,可用物理方法分離得到,如“沙里淘金”。特點(diǎn):適用于極不活潑的金屬的冶煉。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用(2)熱分解法:對(duì)一些不活潑金屬(如Hg、Ag),可以直接用加熱分解的方法將它們從其化合物中還原出來(lái)。例如:2HgO

2Hg+O2↑、2Ag2O

4Ag+O2↑特點(diǎn):適用于一些不活潑的金屬(如Hg、Ag)。思考:古代煉丹術(shù)士葛洪,曾經(jīng)在他的著作《抱樸子》中記載有“丹砂燒之成水銀”。此冶煉方法涉及的化學(xué)反應(yīng)是什么呢?HgS

Hg+S一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用(3)電解法:對(duì)一些非?；顫姷慕饘?采用一般的還原劑很難將它們從其化合物中還原出來(lái),工業(yè)上常用電解法冶煉。例如:2NaCl(熔融)

2Na

+

Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+

Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al

+

3O2↑特點(diǎn):適用于K、Ca、Na、Mg、Al等非?；顫姷慕饘佟Ｒ?、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用思考：為什么冶煉鎂時(shí)電解MgCl2而不是MgO,冶煉鋁時(shí)電解Al2O3而不是AlCl3?(已知:MgO的熔點(diǎn)為2

852

℃,MgCl2的熔點(diǎn)為118

℃)工業(yè)上采用電解法冶煉鋁的材料是Al2O3,而不是AlCl3,這是因?yàn)锳lCl3是共價(jià)化合物,熔融時(shí)無(wú)法電離出自由移動(dòng)的離子,不能導(dǎo)電;工業(yè)上采用電解法冶煉鎂的材料是MgCl2,而不是MgO,這是因?yàn)镸gO雖是離子化合物,但其熔點(diǎn)太高,熔融時(shí)會(huì)消耗大量熱能,成本較高。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用(4)熱還原法:大部分金屬的冶煉都是通過(guò)在高溫下發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來(lái)完成的,常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣等,如用氫氣還原氧化銅、用一氧化碳還原氧化鐵。一些活潑金屬也可作還原劑,將相對(duì)不活潑的金屬?gòu)钠浠衔镏兄脫Q出來(lái),如鋁熱反應(yīng)。CuO

+

H2

Cu

+

H2OFe2O3

+

3CO

2Fe

+

3CO2Fe2O3

+

2Al

2Fe

+

Al2O3一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn):適用于大多數(shù)中等活潑金屬的冶煉,用于冶煉較活潑的金屬,在金屬活動(dòng)性順序表中居于中間區(qū)域的金屬(如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu)可用此法。思考:當(dāng)鐵軌有縫隙時(shí),維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點(diǎn)燃,讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫,冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結(jié)在一起。其中的原理是什么呢?鋁熱反應(yīng)一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用播放視頻“鋁熱反應(yīng)”。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)原理劇烈燃燒,火花四射,放出大量的熱,紙漏斗被燒穿,有灼熱的熔融物落入沙中,待冷卻后變成黑色固體在高溫下,鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱Fe2O3

+

2Al

2Fe

+

Al2O3觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1.鋁熱反應(yīng)利用鋁的強(qiáng)還原性,在高溫條件下將某些金屬?gòu)钠溲趸镏羞€原出來(lái)。鋁熱反應(yīng)是個(gè)放熱反應(yīng),其中的鎂條為引燃劑，氯酸鉀為助燃劑。鋁熱反應(yīng)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。2.其他冶煉金屬的方法:濕法煉銅、火法煉銅。CuSO4

+

Fe

Cu

+

FeSO4(濕法煉銅)Cu2S

+

O2

2Cu

+

SO2(火法煉銅)一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用歸納總結(jié)-金屬冶煉方法與金屬活潑性的關(guān)系二、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源生產(chǎn)

1

mol

鋁消耗的電能至少為

1.8×106

J,回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比,前者的能耗僅為后者的

3%~5%。通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比,你想到了什么?用鋁土礦生產(chǎn)鋁,能耗高,資源消耗量大,在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣、廢液及廢渣,對(duì)大氣、水體及土壤會(huì)產(chǎn)生很大污染;而用廢舊飲料罐生產(chǎn)鋁,能耗低,資源消耗量小,對(duì)環(huán)境污染很小,變廢為寶,既可以減少?gòu)U舊金屬對(duì)環(huán)境的污染,還可以提高礦物的有效利用率,是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。二、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源閱讀教材,歸納合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源的主要途徑。(1)提高金屬礦物的利用率。(2)開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法。(3)防止金屬的腐蝕。(4)加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用。(5)使用其他材料代替金屬材料。二、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源拓展延伸-自然資源與可持續(xù)發(fā)展自然資源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展不可或缺的自然物質(zhì)基礎(chǔ),包括土地與土壤資源、礦產(chǎn)資源、生物資源、水資源、能源資源、環(huán)境資源等,根據(jù)其能否再生可以分為可再生資源和不可再生資源?？沙掷m(xù)發(fā)展的目標(biāo)是在滿足人類(lèi)需要的同時(shí),強(qiáng)調(diào)人類(lèi)的行為要受到自然界的制約,強(qiáng)調(diào)人類(lèi)代際之間、人類(lèi)與其他生物種群之間、不同國(guó)家和不同地區(qū)之間的公平。它包括經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等方面。二、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源小試牛刀1.判斷正誤。(1)利用化合物冶煉金屬時(shí),金屬元素一定發(fā)生還原反應(yīng)。(

)(2)越活潑的金屬,人類(lèi)利用得越晚。(

)(3)可以通過(guò)電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉。(

)(4)可以通過(guò)電解熔融的MgO和AlCl3來(lái)制備金屬M(fèi)g、Al。(

)(5)鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是用鋁將活潑性比鋁弱的金屬?gòu)钠浠衔镏兄脫Q出來(lái)。(

)√√√××二、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源2.如圖為鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)寫(xiě)出該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式:___________________________。(2)若將氧化鐵換成氧化鎂,該反應(yīng)_____(填“能”或“不能”)發(fā)生,理由是__________________________。Fe2O3+2Al

2Fe+Al2O3不能鎂比鋁活潑,鋁不能置換出鎂二、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源(3)若將所得產(chǎn)品置于足量的NaOH溶液中,可能看到的現(xiàn)象是__________________________。(4)假設(shè)鋁足量且反應(yīng)充分,設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方案,證明本實(shí)驗(yàn)中有單質(zhì)鐵生成:_________________________________________________________________________________________________________________________。部分固體溶解,有氣泡產(chǎn)生取適量反應(yīng)后的固體混合物,先用足量NaOH溶液除去鋁,再加入稀硫酸,有氣泡冒出,說(shuō)明有鐵生成(或用磁鐵靠近固體,有固體可被磁鐵吸引,說(shuō)明有鐵生成)三、鋁的冶煉播放視頻:“鋁土礦冶煉Al”。三、鋁的冶煉小試牛刀用鋁土礦(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì))冶煉Al,流程

Ⅰ

如下:三、鋁的冶煉寫(xiě)出與Al有關(guān)的離子方程式:①___________________________________;②___________________________________;③___________________________________。Al2O3+6H+

2Al3++3H2OAl3++4OH-

[Al(OH)4]-CO2+[Al(OH)4]-Al(OH)3↓+HCO3-三、鋁的冶煉流程Ⅱ:寫(xiě)出與Al有關(guān)的離子方程式:④___________________________________;⑤___________________________________;⑥___________________________________。Al2O3+3H2O+2OH-2[Al(OH)4]-[Al(OH)4]-+4H+Al3++4H2OAl3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+總結(jié)課堂練習(xí)1.下列有關(guān)金屬冶煉的說(shuō)法中不正確的是(

)A.金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬陽(yáng)離子被還原成單質(zhì)B.用炭粉或鋁粉還原鐵礦石可以獲取金屬FeC.通過(guò)電解NaCl溶液的方法可以獲取金屬NaD.冶煉銅的常用方法有火法煉銅和濕法煉銅C課堂練習(xí)2.西漢劉安所著的《淮南萬(wàn)畢術(shù)》中有“曾青得鐵,則化為銅,外化而內(nèi)不化”,該反應(yīng)被認(rèn)為是現(xiàn)代濕法冶金術(shù)之祖。下列說(shuō)法正確的是(

)A.硫酸銅晶體的化學(xué)式為CuSO4·5H2O,是混合物B.“內(nèi)不化”是因?yàn)閮?nèi)部的鐵活潑性比表面的鐵活潑性差C.上述反應(yīng)的離子方程式為2Fe

+

3Cu2+

2Fe3+