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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
【核心素养】
1.宏观辨识与微观探析：通过宏观上认识自然资源一金属矿物的开发利用， 能从分析、探究金属冶炼的原理和一般方法。
2.证据推理和模型认知：通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解 氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模型。
3.科学态度和社会责任：体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用， 解释化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。
【教学重难点】
重点：金属冶炼原理及方法
难点：金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金矿 铂矿 铝矿 蓝铜矿 孔 雀 石 赤铜矿 黄铜矿
① 极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
②绝大多数金属以化合物的形式存在。
③在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。
金属元素在自然界的存在
富集：除去杂质，提高矿物中有用成分的含量
冶炼：将金属元素还原为单质
精炼：采用适当方法提纯金属
赤铁矿 纯铁
(Fe O )
一、金属的冶炼
1.基本原理：将金属元素从其化合物中还原出来得到金属单质。 2.表示方法：Mn++ne-=M (得电子，被还原)
3.从金属矿物中提炼金属的一般步骤
约200年前 约5000年前 青铜时代
Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag
Pt Au
得电子，被还原
金属冶炼的实质 Mn+- M
【思考】金属被人类利用的早晚与什么有关
约3000年前 铁器时代
约10000年前
二、金属冶炼的方法
1.依据：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。 2.金属冶炼的方法
① 物理富集：适合极不活泼金属，如Pt、Au
《浪淘沙》-刘禹锡
干淘万漉虽辛苦， 吹尽狂沙始到金。 美人首饰侯王印， 尽是沙中浪底来。
“沙土淘金”
2HgO=△=2Hg+O 个
2Ag O=全=4Ag+O 个 Hgs △=2Hg+S^
(丹砂、朱砂)
②热分解法：适合一些不活泼金属
丹砂烧之成水银一《抱朴子》
注意：①“熔融”是熔融态而不是水溶液。
②必须是离子化合物，共价化合物熔融不导电。
③电解法：适合一些非常活泼金属
(1)工业上为什么常用电解熔融MgCl 的方法生产金属镁，而不用电解 MgO 的方法生产镁
MgO 熔点比MgCl 高很多，熔融时消耗的能量大
(2)工业上为什么常用电解Al O 冰晶石熔融混合物的方法生产金属铝， 而不用电解AICl 的方法生产铝
因为AICl 是共价化合物，熔融状态下不导电。故冶炼金属铝是用 电解熔融Al O 的方法。加入冰晶石(Na AIF ), 以降低熔化温度。
物质 MgCl MgO AICl
Al O
熔点/℃ 714 2852 190
2054
【思考】
④热还原法：适用于大部分金属
常用还原剂：C、CO、H 、活泼金属如AI等
C+2CuO= 高温=2Cu+CO 个
3CO+Fe O 高温=2Fe+3CO (高炉炼铁) H +CuO=全=Cu+H O
2Al+Fe O =高温=2Fe+Al O
用矿(硫化矿，主要成分为 Cu S) 二百五十箩.....入大旋风炉，
连烹(灼烧)三日三夜，方见成铜 ——明 陆容《菽园杂记》。
信州铅山县有苦泉，流以为涧。其水熬之，则成胆矾，烹胆矾 则成铜。熬胆矾铁釜，久之异化为铜。——沈括《梦溪笔谈》
高温
火法炼铜：Cu S+0 =====2Cu+SO
湿法炼铜：Fe+CuSO =FeSO +Cu
> 其他方法
小 结 :
K Ca Na Mg Al|Zn Fe Sn Pb(H)Cu | HgAg| Pt Au
电解法 热还原法 热分解法富集法
【课堂练习】
1.判断正误(1)在金属化合物中金属元素都显正价( )(2)金属冶炼
过程中，金属化合物得电子，发生氧化反应( )
X
(3)铁器时代比青铜器时代要早些( × )(4)黄金的冶炼可用热分解法
( )(5)铝的冶炼方法是电解熔融的A ICl ( )
×
·2.下列化工生产原理正确的是( A
·A. 用电解熔融NaCl的方法来制取金属钠
·B. 用电解熔融AlCl 的方法来制取金属铝
·C. 用钠加入MgCl 溶液的方法制取金属镁
·D. 用铝粉与NaCl晶体共热的方法制取金属钠
·3.利用金属活动性的不同，可以采取不同的冶炼方法冶炼金属。下列反应所 描述的冶炼方法不可能实现的是( )
D
A.2Al O (熔融)电 石 4Al+30 ↑
B.Fe O +2AI 高 温 2Fe+Al O
C.Fe+CuSO ===FeSO +Cu
D.MgCl (水溶液) 电解 Mg+Cl 个
朝代 利用矿物 历史记载的材料
冶炼方法
夏朝 金矿 “干淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”
物理富集法
东晋 硫化汞矿 炼丹家葛洪《抱朴子》“丹砂(HgS) 烧之成水银”。
热分解法
西汉 硫酸铜矿 西汉刘安《淮南万毕术》“曾青得铁则 化为铜”。
湿法炼铜
商朝 孔雀石矿 西汉贾谊《鹏鸟赋》且夫天地为炉兮， 造化为工；阴阳为炭兮，万物为铜。
热还原法
战国 赤铁矿 《秋浦歌》炉火照天地，红星乱紫烟。
热还原法
4.阅读历史文献记载，总结下列有关金属的冶炼方法
【补充】铝热反应
铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
实验现象：镁条剧烈燃烧， 放出大量的热，发出耀眼 白光，纸漏斗的下部被烧 穿，有熔融物落入细沙中。
纸漏斗 镁条
氯酸钾
氧化铁和铝
粉的混合物
细沙
高温
Fe O +2Al===2Fe +Al O
铝热剂
原理：
【 注 意 】
①镁条为引燃剂(实验前镁带要打磨)
②氯酸钾为助燃剂
③引发操作：在铝热剂上放KCIO ,插入镁条并 将镁条点燃，促使氯酸钾分解，释放出氧气，从 而引发Al和Fe O 发生反应。
④纸漏斗要用水润湿，以防高温物质从四周溅出。
⑤因为铝热反应放出的大量热量，所以要垫细沙。
一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。
氧化铁和铝 粉的混合物
细沙
镁条
氯酸钾
纸漏斗
其它铝热反应
高温
Fe O +2Al===2Fe+Al O
高温
3MnO +4Al===3Mn+2Al O
Cr O +2AI 2Cr+Al O
高温
3Co O +8AI === 9Co+4Al O
焊接钢轨
冶炼熔点较高且比铝不活泼的金属(如钨、钒、铬、锰等)
应 用
【课堂练习】
1.铝能用于冶炼熔点高的金属(如V、Cr、Mn 等),用到的铝的性质是( D )
A.银白色金属
B.熔、沸点相对较低
C.导电、导热性能好
D.还原性强，在反应中释放出大量的热
(1)纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉的混合物上面的物质是_氯酸钾 o
(2)引发铝热反应的操作为_在铝热剂上放KCIO , 插入镁条并将镁条点燃
(3)若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生 不能 (填“能” 或“不能”),理由是镁的活泼性比铝强，铝不能置换出镁。
2.如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
a.酸溶法的工艺流程
沉 淀
加过量
NaOH
过 滤
②
滤 液
NaHCO
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为 SiO 、Fe(OH) 前后滤液的主要阳
离子的符号分别为 Al + 、Fe + Na+ 写出该过程①离子方程式分别为
① AL,O +6H+=2Al ++3H,O Fe,O +6H+=2Fe ++3H,O
3.铝土矿的主要成分是Al O 和SiO 、Fe O 等。因此从铝土矿中提Al O 的 流程可以设计成两种方案。
通 CO 并 控制反应
条 件
过 滤
滤液 沉淀
铝土矿
Al(OH)
洗 涤
①
Al O
HCl
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为Fe O 、 H SiO 前后滤液的主要
阳离子的符号分别为 Na+ Al + 写出该过程①②离子方程式分别为① Al O +2OH-+3H O=2[Al(OH) I SiO +20H-=SiO 2-+H O
②A] ++3NH .H O==Al(OH) +3NH ;
反应③的化学方程式 2 AI(OH)= L0 +3H
较 纯 的
Al O
③
②
足量 Al(OH)3
NH 悬 浊 液
涤
滤
洗
过
b.碱溶法的工艺流程：
NaOH 溶 液
沉淀
滤 液
1
铝土矿
残 渣
滤 液
足 量 盐 酸
悬浊液
过 滤
过 滤
三 、合理开发和利用金属矿物资源
(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)加强废旧金属的回收和再利用
(5)使用其他材料代替金属材料

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