金屬的冶煉方法課件高一下學(xué)期化學(xué)

2019蘇教版專題九

金屬與人類文明第一單元

金屬的冶煉方法（氧化還原反應(yīng)）能從物質(zhì)性質(zhì)與反應(yīng)條件角度解釋不同金屬冶煉方法的差異；認(rèn)識(shí)我國(guó)古代文明與金屬冶煉的關(guān)系；感受物質(zhì)制備中豐富的化學(xué)思想。學(xué)習(xí)目標(biāo)

思考：以下文獻(xiàn)中涉及了哪些金屬的“冶煉”？寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。1、古代煉丹術(shù)葛洪所著《抱樸子》中記載：“丹砂（HgS）燒之成水銀?！?、唐代詩人劉禹錫在《浪淘沙九首》（之六）中有云：“日照澄洲江霧開，淘金女伴滿江隈。美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來?！?、北宋科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中寫道：“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?！鄙忱锾越穑ㄎ锢矸椒ǎ〧e+CuSO4=Cu+FeSO4

早在公元前4000多年，人類就通過煅燒礦石煉銅，以制造各種器皿、工具、兵器和飾品等；商周時(shí)期，我國(guó)的青銅冶鑄技術(shù)已十分發(fā)達(dá)；到了春秋晚期，冶煉鐵的技術(shù)已比較成熟。廣西銅鼓青銅寶劍千年滄州鐵獅子

（重達(dá)32噸）唐代黃河大鐵牛

（重達(dá)70噸）一、金屬的存在形式

閱讀教材94-95頁內(nèi)容，思考下列問題：1、自然界中金屬元素以哪些形式存在？2、金屬有哪些良好性能？1、金屬的存在形式游離態(tài)少量的金屬，如自然金和自然銀等化合態(tài)大部分金屬，如地殼中赤鐵礦（主要成分Fe2O3），鋁土礦（主要成分為Al2O3）以離子或礦石的形式分布于海洋中，如鈉、鎂、錳等自然銀自然金鋁土礦赤鐵礦磁鐵礦2、金屬的性能金屬材料既有良好的可塑性，堅(jiān)固耐用，而且還有導(dǎo)電、導(dǎo)熱等諸多優(yōu)良性能?？伤苄詫?dǎo)熱性導(dǎo)電性

下圖表示金屬活動(dòng)性順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規(guī)模開發(fā)利用的大致年限。交流討論

（1）新石器中期，在我國(guó)的河北和甘肅等地就已用自然銅來打制銅器，俄羅斯和意大利都有自然銅的礦產(chǎn)地。但很少聽聞關(guān)于自然鐵（單質(zhì)鐵）礦產(chǎn)的報(bào)道。為什么？

（2）根據(jù)以上金屬的活動(dòng)性和人類開發(fā)利用這些金屬時(shí)間的數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？

（3）找出你熟悉的2~3種金屬單質(zhì)，說明它們的制備方法，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。金屬活動(dòng)性越強(qiáng)，人類開發(fā)、利用該金屬的時(shí)間就越晚；金屬活動(dòng)性越弱，人類開發(fā)、利用該金屬的時(shí)間就越早。鋁竟然比黃金還貴？1234二、金屬的冶煉1、定義：利用化學(xué)反應(yīng)使金屬元素從化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)的過程。2、原理：利用氧化還原反應(yīng)的原理，在一定條件下把金屬化合物還原為金屬單質(zhì)。3、實(shí)質(zhì)：4、冶煉方法：金屬離子

金屬單質(zhì)，即Mn＋＋ne－=M。熱分解法、高溫還原法和電解法等（一）、熱分解法適合一些不活潑金屬的冶煉，通過加熱其氧化物使其分解生成金屬單質(zhì)和氧氣。1、冶煉銀2、冶煉汞2Ag2O=4Ag+O2↑Δ2HgO=2Hg+O2↑Δ（二）高溫還原法有C、CO、H2和活潑金屬等。1、定義：在高溫下借助還原劑的冶煉方法。2、原理：

金屬化合物與還原劑在高溫下的反應(yīng)，把金屬元素從化合態(tài)還原為游離態(tài)。利用此方法可以制備大部分金屬（如Fe、Zn等）。3、常用的還原劑:

以赤鐵礦（主要成分為Fe2O3）為例，寫出工業(yè)煉鐵過程中涉及的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式。并解釋：（1）一氧化碳是怎樣形成的？（2）原料中的石灰石起什么作用？學(xué)以致用

從高爐下方通入熱空氣，原料從高爐上方的傳送帶送入爐中，焦炭先與熱空氣中的氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，并放出大量的熱。二氧化碳再與灼熱的焦炭反應(yīng)，生成一氧化碳。

一氧化碳在高溫下將氧化鐵還原為液態(tài)的金屬鐵并從高爐下方分離出來。石灰石作用：除去鐵礦石中的脈石(二氧化硅)

將兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，在其中一個(gè)紙漏斗的底部剪一個(gè)小孔，用水濕潤(rùn)，再與另一個(gè)紙漏斗套在一起，有孔紙漏斗置于內(nèi)層（使紙漏斗每邊都有4層），架在鐵架臺(tái)的鐵圈上，其下方放置盛有細(xì)沙的蒸發(fā)皿或鐵盤。

將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物的上面加適量氯酸鉀，再在混合物中間插一根鎂條。點(diǎn)燃鎂條，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。觀察思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)原理：劇烈反應(yīng)，放出大量熱，生成液態(tài)鐵。鋁熱反應(yīng)鋁熱劑助燃劑提供熱量，引發(fā)劑1、焊接鋼軌2、冶煉熔點(diǎn)較高的金屬（如釩、鉻、錳等）鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用分別寫出Al與V2O5、Cr2O3、MnO2反應(yīng)的化學(xué)方程式：3V2O5+10Al===6V+5Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫鋁熱劑（三）、電解法

較活潑的金屬（鈉、鎂、鋁等），一般的還原劑很難將它們從化合物中還原出來，常采用電解熔融化合物的方法來制備這些金屬。通電2Al2O3(熔融)==4Al+3O2↑冰晶石物質(zhì)MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔點(diǎn)/oC28522054714190（以分子形式存在）沸點(diǎn)/oC360029801412180【思考】已知有關(guān)物質(zhì)的熔沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表:參考上述數(shù)據(jù)填空和回答問題.(1)工業(yè)上為什么常用電解熔融MgCl2的方法生產(chǎn)金屬鎂,而不用電解MgO的方法生產(chǎn)鎂?(2)工業(yè)上為什么常用電解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生產(chǎn)金屬鋁,而不用電解AlCl3的方法生產(chǎn)鋁?

因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2，所以電解熔融的MgO需要更多的能量，更高的溫度,成本更高。從表中可以發(fā)現(xiàn)，AlCl3的熔點(diǎn)很低，且沸點(diǎn)比熔點(diǎn)低，易升華;

熔融時(shí)不存在離子，不能導(dǎo)電,故不能被電解。

共價(jià)化合物氯化鋁處于熔融態(tài)時(shí)，以二聚體的Al2Cl6的形式存在

鋁的冶煉

鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素（約占地殼總量的7.73%），主要以鋁土礦（主要成分是Al2O3）形式存在。要從鋁土礦中提取鋁，首先要獲得純度較高的氧化鋁。主要的工藝流程如圖9-7所示：拓展視野

從上述工藝流程可知，鋁土礦與氫氧化鈉溶液混合時(shí)，鋁土礦中的Al2O3與NaOH能發(fā)生反應(yīng)，生成可溶于水的偏鋁酸鈉（NaAlO2）。

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

將反應(yīng)得到的混合物過濾，除去殘?jiān)驗(yàn)V液中通入過量CO2氣體，將其酸化，NaAlO2便轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀析出。

NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3

將Al(OH)3在高溫下灼燒，即可得到Al2O3。但氧化鋁的熔點(diǎn)高達(dá)2054℃，直接加熱氧化鋁到熔融消耗的能量很大。1886年，美國(guó)化學(xué)家霍爾（C.M.Hall，1863—1914）在氧化鋁中添加了冰晶石（Na3AlF6），使氧化鋁熔融溫度降低至950℃，從而減少了冶煉過程中的能量消耗。

從礦石中提取人們想要的元素大多需要經(jīng)歷非常復(fù)雜的變化過程，其中最關(guān)鍵的是根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物選擇合適的化學(xué)反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。冶煉得到的金屬有時(shí)仍含有較多雜質(zhì)，需要經(jīng)過進(jìn)一步的精煉提純，以滿足實(shí)際使用。在金屬冶煉過程中，必須堅(jiān)持綠色環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)約成本等原則。金屬冶煉的一般步驟富集冶煉精煉除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下，用還原劑把礦石中的金屬離子還原為金屬單質(zhì)采用一定的方法，提純金屬理解應(yīng)用1、下列金屬冶煉原理錯(cuò)誤的是(

)A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2Mg＋H2OC．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2D．2HgOHg＋O2↑B理解應(yīng)用2、冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑還原

②利用鋁熱反應(yīng)原理還原③電解法④熱分解法下列金屬各采用哪種