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金属矿物的开发利用
不同金属的冶炼方法
为什么铝元素在地壳中含量比铜铁元素多得多，为什么却到大约两百年前才开始广泛使用，远在铜器铁器时代之后呢？
金属的使用时间
Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
约200年前
约3000年前铁器时代
约5000年前青铜时代
约10000年前
金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。
金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。
金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。
如图表示金属活动性顺序表中金、铜、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。
这些金属在历史上出现的时间和哪些因素有关呢？
一、金属元素在自然界的存在形式
· 自然界的金属单质
金Au
银Ag
铜Cu
陨铁Fe
除了金、铂等极少数金属，绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。
一、金属元素在自然界的存在形式
· 自然界的金属化合物
蓝铜矿Cu2(OH)2CO3
黄铜矿CuFeS2
黄铁矿FeS2
铝土矿Al2O3
那么，如何从金属矿石中得到我们想要的金属呢？
将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼
得电子，被还原
Mn+（化合态） M（游离态）
+ne-
二、金属的冶炼
根据金属存在形式和活泼性的不同，其冶炼方法不同。金属活泼性不同，将其由化合态还原为游离态的难易程度不同，工业上则采用不同的冶炼方法进行冶炼。
定义：
二、金属的冶炼
1、物理方法
富集法
适用范围：很不活泼的金属，如Au、Pt
K Ga Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
淘金，指淘金者们打捞起河里或湖里的淤泥后，在淘盘将淤泥洗涤，以便找出淤泥里的天然金沙。
《浪淘沙》-刘禹锡
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。
淘金原理：金的密度比沙大
二、金属的冶炼
2、化学方法
热分解法
适用范围：不活泼的金属，如Hg、Ag
2HgO 2Hg + O2 ↑
2Ag2O 4Ag + O2 ↑
凡草木烧之即尽,而丹砂烧之成水银,积变又还成丹砂。
HgS Hg + S
K Ga Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
二、金属的冶炼
3、化学方法
热还原法
适用范围：中等活泼的金属，如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu
K Ga Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
常见还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属Al等
如：高炉炼铁
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2
高温
CuO+H2 === Cu + H2O
高温
CuO+ CO Cu + CO2
2CuO+ C 2Cu + CO2
二、金属的冶炼
3、化学方法
热还原法——铝热法
用两张圆形滤纸制成纸漏斗，在纸漏斗中倒入氧化铁粉末，再倒入铝粉，将两者混合均匀， 架上铁圈，下面放置盛沙的蒸发皿，把混合物放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾，并在混合物中间插一根打磨过的镁条， 点燃镁条，观察发生的现象。
二、金属的冶炼
3、化学方法
热还原法——铝热法
实验现象：
1、镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光
2、漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射
3、纸漏斗的下部被烧穿，有红热熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体
实验原理：
点燃镁条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。
引燃剂
助燃剂
还原剂
氧化剂
用 途：
野外焊接铁轨，冶炼高熔点，且活动性比铝差的金属，如： Cu、Fe、V、Cr、Mn等
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
二、金属的冶炼
4、化学方法
电解法
适用范围：活泼金属，如K Ga Na Mg Al
K Ga Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
MgCl2 (熔融) === Mg + Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融) === 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑
电解
助熔剂，可以降低氧化铝的熔化所需的温度
注意点：
①条件是“熔融”
②必须是离子化合物，共价化合物熔融不导电，所以不能用氯化铝AlCl3进行冶炼。
二、金属的冶炼
5、化学方法
其他特殊冶炼方法
同一种金属可能有不同的冶炼方法，可根据原料、生产设备、金属的用途等来确定，如Cu可采用热还原法、湿法冶炼、火法炼铜。
(1)湿法冶金：利用溶液中发生的化学反应，对原料中的金属进行分离和提取的方法，如湿法炼铜：
Fe+CuSO4 = FeSO4 + Cu
(2)火法炼铜：
Cu2S+O2 === 2Cu + SO2
高温
在汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为铜”，晋葛洪《抱朴子内篇·黄白》中也有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的记载。
二、金属的冶炼
为什么要合理开发和利用金属矿物资源？
原 因：
措 施：
资源有限且分布不均；
金属的冶炼消耗许多能量；
金属冶炼造成环境污染；
金属腐蚀造成大量损失
提高金属矿物的利用率；
使用其他材料代替金属材料；
加强废旧金属的回收和再利用；
开发环保高效的金属冶炼方法；
防止金属的腐蚀
K Ga Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au
热还原法
富集法
热分解法
电解法
2．下列反应中，可通过置换反应得到铁的是( )
A．铝粉末和氧化铁粉末混合并加热至高温反应
B．一氧化碳通过炽热的氧化铁
C． 溶液加锌粉
D． 溶液中加金属钠
1．下列金属中，工业上常采用热还原法冶炼的是( )
A．Al B．Fe C．Hg D．Ag
B
A
3．“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢,下列说法错误的是（ ）
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越大
C．生铁由于含碳量高，熔点比纯铁高
D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3，俗称铁红
C
4．化学兴趣小组用如图所示装置制备铁，下列说法正确的是( )
A. KClO3作为引燃剂，也可用Na2O代替
B．仪器a可以用装有蒸馏水的烧杯代替
C．工业上常利用铝热反应来冶炼熔点较高的钒、铬、锰
D．常温下，反应后a中的金属可以用浓硝酸洗涤干净
C

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