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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
金属矿物
海水资源
化石燃料
[学习目标]
1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握
活泼性不同的金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，
培养证据推理与模型认知能力(重点)。
2.了解铝的冶炼原理(重点)。
引入新课
金属元素在自然界中的存在
赤铁矿(Fe2O3)
磁铁矿(Fe3O4)
黄铁矿(FeS2)
黄铜矿(CuFeS2)
铝土矿(Al2O3)
自然金
自然铂
陨铁
游离态
化合态
(1)概念：
(2)原理：
一、金属矿物的开发利用
1. 金属元素在自然界中的存在形态
游离态：金、铂等极少数金属
化合态：绝大多数金属元素
2. 金属的冶炼
赤铁矿(Fe2O3)
纯铁
利用氧化还原反应
化合态 游离态
Mn＋＋ne－ === M
3. 金属的冶炼方法
根据下图人类冶炼金属的历史时间分析推测人类发现和使用金属材料受哪些因素的影响？为什么？
主要是金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。因为越活泼还原性越强，离子的氧化性越弱，得电子能力越弱，就越难被还原，故使用的时间越晚。
思考1
一、金属矿物的开发利用
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
约3000年前
约8000年前
距今一百多年
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
一、金属矿物的开发利用
电解法
热还原法
热分解法
其他方法
(2)金属的冶炼方法
热分解法
2HgO === 2Hg + O2↑
△
2Ag2O === 4Ag + O2↑
△
适用于一些不活泼的金属
电 解 法
适用于K、Ca、Na、Mg、Al等非常活泼的金属
(冰晶石：降低Al2O3熔化所需温度，降低能耗)
一、金属矿物的开发利用
2NaCl(熔融) === 2Na＋Cl2↑
电解
MgCl2(熔融) === Mg＋Cl2↑
电解
2Al2O3(熔融) === 4Al＋3O2↑
电解
冰晶石
热还原法
Fe2O3＋3CO === 2Fe＋3CO2
高温
2Al＋Fe2O3 === Al2O3＋2Fe
高温
高炉炼铁
铝热法炼铁
适用于大多数中等活泼金属的冶炼
常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、一些活泼金属等
(可用于焊接钢轨)
其他方法
湿法炼铜
火法炼铜
CuSO4＋Fe === Cu＋FeSO4
Cu2S＋O2 === 2Cu＋SO2
高温
一、金属矿物的开发利用
(2)金属的冶炼方法
思考2
结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？
物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
熔点/℃ 2 852 2 054 714 190(以分子形式存在)
沸点/℃ 3 600 2 980 1 412 180
从表中可以发现，MgO熔点高，耗能多；AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状态下不导电。
一、金属矿物的开发利用
应用体验
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)在地壳中含量越多的金属元素，人类利用的越早(　　)
(4)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　)
(5)铝热反应的本质是用铝将活泼性比铝弱的金属从其化合物中置换出来(　　)
×
√
√
×
×
一、金属矿物的开发利用
应用体验
2.冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂；②电解法；
③热分解法。下列金属各采用哪种方法？
(1)Fe、Zn、Cu等相对较活泼金属：______(填序号，下同)。
(2)Na、Mg、Al等活泼金属：______。
(3)Hg、Ag等不活泼金属：______。
①
②
③
3.金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂可以采用的方法是_______。
电解法
一、金属矿物的开发利用
归纳总结
金属冶炼方法与金属活泼性关系
一、金属矿物的开发利用
二、合理开发和利用金属矿物资源
1. 原因
(1) 资源有限且分布不均匀。
(2) 冶炼过程中会消耗大量能量且易造成环境污染。
(3) 金属腐蚀现象严重会造成大量损失。
计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8×106 J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿得到铝相比，前者的能耗仅为后者的3%～5%。通过对上述数据的分析和比较，你想到了什么？
(1)从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量，加强废旧金属的回收和再利用是合理利用金属资源的重要途径。
(2)实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，走可持续发展道路。
二、合理开发和利用金属矿物资源
思考1
2. 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。
二、合理开发和利用金属矿物资源
铝元素在地壳中主要以铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)的形式存在，从铝土矿中提取铝的工艺流程如下：
写出上述过程中与铝元素有关的离子方程式。
流程Ⅰ：
① ；
② ；
③____________________________________。
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋
二、合理开发和利用金属矿物资源
思考2
Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓ ＋3
二、合理开发和利用金属矿物资源
铝元素在地壳中主要以铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)的形式存在，从铝土矿中提取铝的工艺流程如下：
流程Ⅱ ：
④ ；
⑤ ；
⑥ ____________________________________。
思考2
应用体验
工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：
(1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作为_____，所用到的玻璃仪器是______
______________。
(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有______，固体N是______。
过滤
烧杯、
Fe2O3
漏斗、玻璃棒
Al2O3
二、合理开发和利用金属矿物资源
应用体验
(3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为_____________，它属于____(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。
(4)实验室里通常向AlCl3溶液中加入______(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。
Na[Al(OH)4]
盐
氨水
二、合理开发和利用金属矿物资源
随堂检测
1.下列说法正确的是
A.金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越多
B.冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C.金属由化合态变为游离态，可能被还原，也可能被氧化
D.金属的冶炼就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物
中还原出来
√
随堂检测
2.(2022·德州高一检测)氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列有关金属冶炼的说法错误的是
A.越活泼的金属元素，人类利用的越晚
B.热分解法、热还原法、电解法冶炼金属中，金属元素都由化合态转变为
游离态
C.铝热反应中铝作为还原剂将铁从其氧化物中置换出来
D.用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从其化合物中还原出来
√
随堂检测
3.下列反应原理中 ，不符合工业冶炼金属实际情况的是
√
随堂检测
4.如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
(1)写出该铝热反应的化学方程式：
__________________________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应______(填“能”或“不能”)发生，理
由是____________________________。
不能
镁比铝活泼，铝不能置换出镁
(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是
________________________________________。
部分固体溶解，有气泡产生
随堂检测
(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案，证明本实验中有单质铁生成：_________________________________________________________
_______________________________________________________________
____________________________________________________。
取适量反应后的固体混合物，先用足量NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成(或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成)
4.如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
本节内容结束
目标一 答案
1.金属元素在自然界中的存在形态
游离态
金、铂
化合态
2.金属的冶炼
(1)概念：将金属矿物中的金属从其 中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。
(2)原理：金属的冶炼是利用氧化还原反应，在一定条件下，使金属阳离子
电子被 生成金属单质，即Mn＋＋ne－===M。
化合物
得到
还原
目标一 答案
3.金属的冶炼方法
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
(2)金属的冶炼方法
热分解法 分解HgO ____________________
分解Ag2O ____________________
电解法 冶炼钠 ____________________
冶炼镁 ____________________
冶炼铝 ____________________
目标一 答案
热还原法 高炉炼铁
铝热法炼铁
_________________________
其他方法 湿法炼铜 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
火法炼铜
其中热还原法常用的还原剂有 、 、 、 等。
焦炭
CO
H2
一些活泼金属

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