【化學(xué)】金屬礦物的開發(fā)與利用 課件 2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

教學(xué)目標(biāo)1．通過金屬冶煉原理的學(xué)習(xí)和冶煉方法的歸納，理解氧化還原反應(yīng)在金屬礦物開發(fā)中的應(yīng)用，構(gòu)建金屬冶煉的思維模式。第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第一課時(shí)金屬礦物的開發(fā)利用世界各國沖突——自然資源的爭奪世界鐵礦儲量圖示世界鋰礦儲量圖示常見金屬元素在地殼中的存在游離態(tài)礦物(極少量金屬)金礦石(Au)銀礦石(Ag)鉑礦石(Pt)銅礦石(Cu)隕鐵（Fe）常見金屬元素在地殼中的存在化合態(tài)礦物(多數(shù)金屬)赤鐵礦（Fe2O3）黃銅礦（CuFeS2）磁鐵礦（Fe3O4）黃鐵礦（FeS2）鈣鈦礦（CaTiO3）鋁土礦（AI2O3）任務(wù)一：了解材料歷史，探尋冶金方法1.從古到今的社會發(fā)展：數(shù)字時(shí)代（硅）引領(lǐng)社會發(fā)展原始社會

奴隸社會農(nóng)業(yè)社會現(xiàn)代社會未來社會發(fā)展生產(chǎn)力資源爭奪戰(zhàn)石器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代合金時(shí)代（鋼、鋁、鈦等）2.對應(yīng)的材料發(fā)展：3.材料作用：適應(yīng)自然改造自然現(xiàn)代文明需要任務(wù)一：了解材料歷史，探尋冶金方法閱讀歷史文獻(xiàn)記載，總結(jié)下列有關(guān)金屬的冶煉方法：朝代利用礦物

歷史記載的材料冶煉方法夏朝金礦“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”東晉硫化汞礦煉丹家葛洪《抱樸子》“丹砂（HgS）燒之成水銀”。西漢硫酸銅礦西漢劉安《淮南萬畢術(shù)》“曾青得鐵則化為銅”。商朝孔雀石礦西漢賈誼《鵬鳥賦》且夫天地為爐兮，造化為工；陰陽為炭兮，萬物為銅。戰(zhàn)國赤鐵礦《秋浦歌》爐火照天地，紅星亂紫煙。物理富集法熱分解法濕法煉銅熱還原法熱還原法利用礦物冶煉方法化學(xué)反應(yīng)方程式丹砂硫化汞礦（HgS）熱分解法硫酸銅礦濕法煉銅孔雀石礦Cu2(OH)2CO3熱還原法赤鐵礦熱還原法寫出冶煉汞、銅、鐵方程式及冶煉原理2HgO=2Hg+O2↑加熱2HgS+3O2=2HgO+2SO2加熱Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

Cu2(OH)2CO3=2CuO+H2O↑+CO2↑高溫高溫2CuO+C=2Cu+CO2↑CuO+CO=Cu+CO2↑高溫Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2↑高溫——氧化還原的方法熱還原法：

——不起眼的木炭，開啟了人類金屬時(shí)代！問題1：新石器時(shí)期，人類就發(fā)明了制陶術(shù)，窯溫達(dá)1000多℃，請?jiān)u價(jià)此窯溫冶煉出的鐵質(zhì)量？(鐵熔點(diǎn)1535.4℃)問題2：熱還原法中,還原CuO、Fe2O3固體時(shí)可以用木炭(C)也可以用一氧化碳(CO)，你能評價(jià)一下這兩種還原劑使用效果？現(xiàn)代煉鐵高爐燃燒溫度控制在2250-2350℃問題3：濕法煉銅的本質(zhì)是利用鐵與銅鹽溶液置換出金屬銅（Fe+CuSO4=Cu+FeSO4）。你能舉例說明金屬在非水溶液體系中也存在的置換反應(yīng)嗎？鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：早期應(yīng)用于野外鐵軌焊接；2.冶煉難熔金屬如鎢、鉻、錳等。鋁熱反應(yīng)：2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3高溫Na(l)+KCl=K(g)+NaCl高溫約850℃時(shí)反應(yīng),鉀沸點(diǎn)比鈉低,鉀以氣體形式離開反應(yīng)體系,平衡就不斷右移。任務(wù)二：總結(jié)歸納金屬冶煉規(guī)律人類歷史冶煉金屬時(shí)間表：金屬元素符號冶煉時(shí)間冶煉原理冶煉條件金Au前6000年物理富集、篩選法銀Ag前5000年熱分解法400℃汞Hg前3000年熱分解法500℃銅、錫Cu、Sn前5000年800℃1200℃鐵Fe前2500年鋅Zn1746年鋁Al1827年鎂、鈣Mg、Ca1808年鈉、鉀Na、K1807年熱還原法漢弗萊·戴維(H.Davy，1778-1829)？1807年戴維用電解的方法得到鈉、鉀，1808年又電解得到鎂、鈣、鍶、鋇。電解法19世紀(jì)初，戴維成功地利用電化學(xué)方法從KOH、NaOH中制得K、Na，他也從開始嘗試氧化鋁中提取鋁。氧化鋁高溫熔融液態(tài)氧化鋁電解鋁鋁的制備思考1：氯化鋁熔點(diǎn)比氧化鋁低得多，工業(yè)上為什么不采用電解氯化鋁來制備鋁呢？物質(zhì)Al2O3AlCl3熔點(diǎn)2015℃195℃制取流程：由于氧化鋁熔點(diǎn)（2015℃）太高，要融化耗能太多，故工業(yè)生產(chǎn)中往往加入冰晶石，以降低融化溫度。氯化鋁的分子結(jié)構(gòu)示意圖ClClClClClClAlAl氯化鋁是分子晶體，在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電！總結(jié)并寫出電解法取活潑金屬鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等化學(xué)方程式？思考2：一般情況下，同種金屬的氧化物的熔點(diǎn)要大于氯化物的熔點(diǎn)。鈉、鎂的兩種常見化合物熔點(diǎn)如下，四種物質(zhì)都是離子化合物，則制取鈉、鎂單質(zhì)時(shí)一般電解那類物質(zhì)？氯化鎂氧化鎂氯化鈉氧化鈉熔點(diǎn)7120C28000C8010C12750CMgCl2(熔融)=Mg+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑電解冰晶石CaCl2(熔融)=Ca+Cl2↑電解2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑電解2KCl(熔融)=2K+Cl2↑電解KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu活潑電解法(氧化物、氯化物)較活潑熱還原法(C、CO、H2、Al等)不活潑熱分解法(氧化物)物理方法釩、鉻、錳、鈷制備方法模型：金屬使用、冶煉與金屬活動性的關(guān)系很穩(wěn)定銅、銀、金器約5000年前鐵器約2500年前鋁器約200年總結(jié)：人類使用金屬年代的先后跟金屬的那些因素有關(guān)？①金屬的活動性②與人類的冶煉技術(shù)有關(guān)例：鋁土礦的主要成分為氧化鋁、氧化鐵和二氧化硅。工業(yè)上經(jīng)過下列工藝可以冶煉金屬鋁：鋁土礦a過量的NaOHb鹽酸①②③c④d電解Al⑤請判斷流程中的a、b、c、d分別是什么物質(zhì)？寫出反應(yīng)①、②、③、④、⑤5步反應(yīng)反應(yīng)方程式。任務(wù)三：了解從鋁土礦提取鋁的流程，明晰工業(yè)流程分析模型Al2O3Fe2O3SiO2①HClAlCl3FeCl3SiO2固體②過量NaOH過濾Na[Al(OH)4]Fe(OH)3固體③通過量CO2Al(OH)3④加熱Al2O3過濾電解⑤Al原料預(yù)處理（得到純度高、含量高的氧化鋁固體）核心反應(yīng)無機(jī)工業(yè)制備流程的主要設(shè)計(jì)模型原料原料預(yù)處理

核心化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)條件的控制目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)品的分離與提純原料的循環(huán)利用排放物的無害化處理規(guī)律：“主線主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)。”思考與討論：

計(jì)算表明，生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J，回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比較，前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過對上述數(shù)據(jù)的分析與比較，結(jié)合書本P99的圖8-1