资源简介

(共26张PPT)
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第1 课时 金属矿物的开发利用
金属元素在自然界的存在
游离态：
化合态：
少数不活泼金属
例： 金、铂
及少量铜、银、陨铁
金
铂
绝大多数金属以矿物质形式存在
铜
银
陨铁
陨铁：从外太空陨落到地面的含铁较多的陨石或纯铁。陨铁的使用始于4500多年前
含铁、铜的矿物
赤铁矿（Fe2O3）
磁铁矿（Fe3O4）
菱铁矿（FeCO3）
黄铜矿CuFeS2
孔雀石CuCO3·Cu(OH)2
黄铁矿
FeS2
含铁、铜的矿物
铝矿
主要有铝土矿(Al2O3·H2O；Al2O3·3H2O)和明矾[K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3]
铝土矿
明矾石矿
人们在生活和生产中使用的金属材料多为合金，它是由金属单质加工获得的。那么人们是如何获得金属单质？金属矿物又是如何开发和利用的呢？
多功能军工刀
高压钠灯
铜导线
铁锅
不锈钢锅
钛合金羽毛球拍
镍合金门锁
铂合金首饰
钠钾合金
金属冶炼
用化学的方法把化合态的金属变成游离态金属
即：Mn+ + ne- M
1、金属的冶炼:
即，用还原的方法，使化合态的金属阳离子得到电子形成金属单质
金属离子(Mn+)被还原的难易程度不同
2.为什么不同金属的冶炼方法不同？
或说，由于不同的金属离子得电子的能力不同,所以冶炼的方法不同。
不活泼的金属
K、Ca、Na、Mg、Al、
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、
Hg、Ag、Pt、Au
非常活泼的金属
中等活泼的金属
金属冶炼的原理与方法
Au Pt Ag Hg Cu Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K
① 物理提取法
② 热分解法
2HgO====== 2Hg ＋ O2 ↑
加热
2Ag2O ===== 4Ag＋O2 ↑
加热
③ 热还原法
Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2
高温
2CuO + C ====== 2Cu +CO2↑
高温
2CuO + H2 ====== 2Cu +H2O
Fe2O3＋2Al ===== 2Fe＋ Al2O3
④ 电解法
2Al2O3 (熔融) ===== 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑
电解
金属活动性渐强
1、唐代诗人刘禹锡在《浪淘沙九首》中有云：“日照澄洲江雾开,淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来”；
2、古代炼丹术家葛洪的《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”；
丹砂:HgS
K、Ca、Na、Mg、Al、
Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、
Hg、Ag、Pt、Au
3、北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道：“信州铅山县有苦泉，流以为涧． 挹其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成铜；熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”
10.在西汉刘安组织编撰的《淮南万毕术》中，有“曾青得铁则化为铜”的记载。这说明早在西汉时期，我国劳动人民就已经发现铁能从某些含铜(+2价)化合物的溶液中置换出铜，这个反应是现代湿法冶金的基础。下列关于该反应的说法中，不正确的是( )。
A.该反应说明铁的金属活动性比铜的强
B.该反应的离子方程式为: Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+
C.该反应属于氧化还原反应，反应中铁被氧化
D.该反应说明金属单质都能与盐发生反应
湿法炼铜 第一册课本P32 T10
练习 第二册课本P125 T8
8.孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2。某同学设计的从孔雀石中提取铜的方案如下:
①将孔雀石粉碎后，加入过量的稀硫酸;
②将反应后的混合物过滤;
③向滤液中加入一种金属粉末。
请根据上述实验方案回答下列问题。
（1）①中可观察到的现象是什么
（2）③中加人的金属粉末可以是什么 请说明理由。
（3）设计从滤液中获得铜的另外一种方案。
火法炼铜 第二册课本P105 T3
火法炼铅、锡、钨；湿法炼铀第二册课本P105 T2
3.蓝铜矿的主要成分为2CuCO3·Cu(OH)2,将它与焦炭一起加热时，可以生成Cu、CO2和H2O。请写出该反应的化学方程式，并注明反应类型。
2.完成下列反应的化学方程式，并指明其中的氧化剂和还原剂。
高炉炼铁 第二册课本P122 T8
8.某地区已探明蕴藏着丰富的赤铁矿（主要成分为Fe2O3，还含有SiO2等杂质）、煤、石灰石和黏土。现拟在该地区建设大型炼铁厂。
(1)随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成一定规模的工业体系。请据此确定下图中相应工厂的名称: A 、B 、
C 、D 。
(2)以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁过程中得到生铁的化学方程式。
(3)从“三废”利用和环境保护等角度考虑，该地区的企业在生产中应采取哪些措施(写出两种措施即可)
火法炼锌 第一册课本P31 T5
5.在明代宋应星所著的《天工开物》中，有关于火法炼锌的工艺记载:“每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出。……即倭铅也。……以其似铅而性猛，故名之日‘倭’云。”(注:炉甘石的主要成分是碳酸锌。)
(1)请完成上述火法炼锌反应的化学方程式:
(2)在该反应中，还原剂是 (填化学式，下同),被还原的是 。
铝热反应
现象：1、镁条剧烈燃烧
2、氧化铁与铝粉发生剧烈反应，放出大量的热，放出耀眼的白光，火星四射
3、漏斗下部烧穿，有熔融物落入细沙中
原理：
铝热剂：铝粉 + 金属氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy等)
铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。
CaF2
Na3AlF6
写出课本图8-2有关反应的化学方程式或离子方程式。
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
2NaOH+Al2O3+3H2O=2Na[Al(OH)4]
CaCO3=== CaO+CO2↑
[Al(OH)4]-+CO2==Al(OH)3↓+HCO3-
高温
2Al(OH)3==Al2O3+3H2O
【问题1】回忆如何制备金属钠？
适合冶炼活动性很强的金属K~Al（排在Zn前）
消耗大量的电能，成本较高
【问题2】这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
【问题3】用这种方法冶炼金属有什么缺点？
(4)电解法——适用于很活泼的金属（K Ca Na Mg Al ）
①制Mg：______________________。
②制Al：_______________________。
③制Na：_______________________。
注：
①“熔融” 而不是水溶液。
②必须是离子化合物，
共价化合物熔融不导电。
思考：冶炼金属铝时为啥要定期更换碳素电极？
高温下，碳会被氧气氧化
冶炼钠能否用饱和食盐水呢？
请根据以上转化关系填写下列空白。
(1)氯化钠溶液通电后，发生反应的离子方程式为 ；
氢气在氯气中燃烧的现象是 。
(2) Cl2与Ca(OH)2反应的化学方程式为 ，从氧化剂和还原剂的角度分析，该反应中Cl2的作用是 。
5.NaCl是一种化工原料，可以制备多种物质，如下图所示。
金属冶炼的原理与方法
Au Pt Ag Hg Cu Pb Sn Fe Zn Al Mg Na Ca K
① 物理提取法
② 热分解法
2HgO====== 2Hg ＋ O2 ↑
加热
2Ag2O ===== 4Ag＋O2 ↑
加热
③ 热还原法
Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2
高温
2CuO + C ====== 2Cu +CO2↑
高温
2CuO + H2 ====== 2Cu +H2O
Fe2O3＋2Al ===== 2Fe＋ Al2O3
④ 电解法
2Al2O3 (熔融) ===== 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑
电解
金属活动性渐强
练习与应用
9.以金红石（主要成分为TiO2）为原料生产钛的步骤主要有:
①在高温下，向金红石与焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一种可燃性气体;
②在稀有气体（如氩）氛围和加热的条件下，用镁与TiCl4反应可得到钛。
请写出上述两步反应的化学方程式，并分析步骤②中稀有气体氛围的作用。
7.工业上以铝土矿(主要成分可表示为Al2O3·nH20) 为原料生产铝，主要包括下列过程:
①将粉碎、筛选后的铝土矿溶解在NaOH溶液中;
②通人过量CO2,使①所得溶液中析出Al(OH)3固体;
③使Al(OH)3脱水生成Al2O3;
④电解熔融Al2O3生成铝。
请写出上述各有关反应的化学方程式，并推测哪一步转化过程消耗的能量最多，为什么
海水提镁 的最后一步
6.镁及其合金是用途很广的金属材料，可以通过以下步骤从海水中提取镁。
(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2, 试剂①可以选用 ;要使MgSO4完全转化为沉淀,
加入试剂①的量应
(2)加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是 。
(3)试剂②可以选用 。
(4)无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2,该反应的化学方程式为 。
迁移应用
7.制取非金属单质(如O2、Br2和CI2等)与制取金属单质的化学原理类似，也是主要利用氧化还原反应，采用热分解、置换、电解等方法，使非金属元素由化合态转变为游离态。请结合具体实例，写出有关反应的化学方程式。
学习评价1：概念辨析
1.判断正误
(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在(　　)
(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　　)
(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　　)
(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(　　)
(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来( )
(6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　)
(7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(　　)
2.冶炼金属常用以下几种方法：
①以C或H2、CO作为还原剂还原法 ；②热分解法 ；③电解法 ；④铝热法。
现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。
Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。
×
√
√
×
√
×
×
③
③
①
②
④
3、铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。因此从铝土矿中提Al2O3的流程可以设计成两种方案。
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、 _______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______________、_______写出该过程①②离子方程式分别为①___________________________________________________________________
② ；
a．酸溶法的工艺流程：
[Al(OH)]4－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-
①
②
SiO2
Fe(OH)3
Al3+ Fe3+
Na+
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
学习评价2：模型应用-提升练习
b．碱溶法的工艺流程：
①
②
③
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、_______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______、_______写出该过程①②离子方程式分别为
_____________________________________________________________
_____________________________；
反应③的化学方程式_______________________________
Fe2O3
H2SiO3
Na+
Al3+
SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O
THANKS

展开更多......

收起↑