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第八章
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
化学与可持续发展
PART 01
金属矿物的开发利用
01
金属矿物的开发利用
一、自然界矿物中的金属元素存在形态
天然金Au
天然铂Pt
赤铁矿Fe2O3
蓝铜矿Cu3[CO3]2(OH)2
萤石CaF2
01
金属矿物的开发利用
一、自然界矿物中的金属元素存在形态
金属活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活泼性逐渐减弱
化合态
游离态
01
金属矿物的开发利用
二、金属的冶炼
合理、高效地开发利用金属矿物，将其中的金属从其化合物中还原出来，用于生成各种金属材料,这一过程在工业上称为金属的冶炼。
1.定义
2.实质
冶炼金属的实质是利用氧化还原反应，使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属单质。
（化合态）Mn+
得电子
M（游离态）
（被还原）
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
思考：金属采用什么样的冶炼方法，取决于金属哪方面的性质？
在进行金属冶炼时，根据金属活泼性的不同，采用不同的冶炼方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
1.物理法
对于铂和金，自然界中主要以游离态存在，可以通过物理方法将其分离出来（如浮选法淘金）。
千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。
美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。
——刘禹锡《浪淘沙》
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
2.热分解法
对于汞、银等不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将它们从其化合物中还原出来。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
2HgO══2Hg+O2↑ 2Ag2O══4Ag+O2↑
△
△
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
3.热还原法
对于锌和铜之间的大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应来完成的，常用的还原剂如焦炭、CO、H2等，如高炉炼铁。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
3CO+Fe2O3══2Fe+3CO2
高温
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
3.热还原法
一些活泼金属也可以作为金属冶炼的还原剂，如铝热反应。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
2Al+Fe2O3══2Fe+Al2O3
高温
4Al+3MnO2══3Mn+2Al2O3
高温
铝热反应实验装置
01
金属矿物的开发利用
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
3.热还原法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
实验现象：镁条剧烈燃烧，放热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中，可被磁铁吸引。
各部分作用：镁条——引燃剂、氯酸钾——助燃剂、细沙——防止蒸发皿炸裂及生成的熔融物溅出
应用：冶炼钒、铬、锰等等高熔点金属，焊接钢轨，穿甲弹
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
4.电解法
对于一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
2NaCl(熔融)══2Na+Cl2↑ MgCl2(熔融)══Mg+Cl2↑
电解
电解
2Al2O3(熔融)═══4Al+3O2↑
电解
冰晶石
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
4.电解法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
物质 MgCl2 MgO AlCl3 Al2O3
熔点/℃ 714 2852 190 2054
结合以上物质的熔点，思考：冶炼镁为什么是电解熔融氯化镁？冶炼铝为什么是电解熔融氧化铝？冰晶石的作用是什么？
01
金属矿物的开发利用
三、金属冶炼的方法
5.置换法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
湿法炼铜：Fe+CuSO4══FeSO4+Cu
钛的冶炼：4Na+TiCl4══Ti+4NaCl
01
金属矿物的开发利用
四、金属矿物资源的开发和利用措施
计算表明，生产1 mol 铝消耗的电能至少为1.8 ×106J，回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和对比，你想到了什么？
01
金属矿物的开发利用
四、金属矿物资源的开发和利用措施
1.提高金属矿物的利用率;
2.开发环保高效的金属冶炼方法;
3.防止金属的腐蚀;
4.使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量;
5.加强废旧金属的回收和再利用。
PART 02
课堂总结
02
课堂总结
这堂课学到了什么？
PART 03
课后作业
03
课后作业

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