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金属矿物
的开发利用
第八章 化学与可持续发展
1.了解金属在自然界中的存在形态，熟知金属冶炼的方法及其原理，掌握铝热反应的原理和实验
2.以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用，体会保护金属资源的重要性
黄金面具
太阳鸟
金杖
青铜立人像
青铜神树
铂
金
陨铁
游离态
金属在自然界中的存在形态
化合态
思考：金属冶炼的实质是什么？
用 法把 的金属还原成 的金属，即：
还原
化合态
游离态
Mn＋＋ne－→M
金属活动性逐渐减弱
思考：金属活动性不同，还原方法一样吗？
金属活动顺序表
原因：
金属越活泼、就越难冶炼。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
Au、Ag、Cu、
Fe、
古代
现代
Al、
Ti
历史上金属被发现和冶炼利用的顺序
资料
【讨论1】完成下列化学方程式并思考：
（1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？
（2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
（3）这些金属的氧化物的稳定性有什么特点？
热分解法
适用于冶炼不太活泼的金属（Hg、Ag等）
氧化物的稳定性较差
HgO ===
△
Ag2O ===
△
2 2Hg + O2 ↑
2 4Ag + O2 ↑
【讨论2】完成下列化学方程式并思考：
（1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？
（2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
（3）用这种方法冶炼金属有什么缺点？
MgCl2 (熔融) ===
电解
Al2O3 (熔融) ===
电解
冰晶石
NaCl (熔融) ===
电解
Mg + Cl2↑
2 4Al + 3O2↑
2 2Na + Cl2↑
电解法
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
冰晶石(Na3AlF6)：
(助熔剂)
（4）已知：
化合物 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
类型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 共价化合物
熔点/℃ 2800 2050 714 191
①工业制钾、钠、镁时，电解熔融的KCl、NaCl、MgCl2而不电解熔融的K2O、 Na2O、 MgO；制铝时，电解熔融Al2O3而不电解熔融AlCl3的原因是
②能否电解饱和的氯化钠溶液来制取钠？
K2O、Na2O、MgO的熔点高，熔融时消耗大量热能，增加生产成本；氯化铝是共价化合物，熔融态氯化铝不导电
不能。
2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解
【讨论3】观察下列化学方程式并思考：
（1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？
（2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
（3）这种方法常用的还原剂有哪些？
CuO + H2 == Cu + H2O
高温
Fe2O3 + 3CO == 2Fe + 3CO2
高温
热还原法
适用于金属活动性介于Zn-Cu之间的大多数金属的冶炼。
C、CO、H2和Al等。
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》
用矿(硫化矿，主要成分为Cu2S)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》
湿法炼铜
火法炼铜
Cu2S + O2===2Cu + SO2
高温
CuSO4 + Fe=Cu + FeSO4
以铝粉和金属氧化物反应获得金属单质的反应。
铝热反应
（1）概念：
（2）原理：
活泼金属置换不活泼金属。
Al2O3+2Fe
Fe2O3+2Al
高温
镁条为引燃剂，
氯酸钾为助燃剂
铝热剂
（3）现象：
镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。
1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？
铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。
2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？
镁条是引燃剂，氯酸钾为助燃剂，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。
3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？
一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。
【思考与交流】
（4）铝热反应应用：
①焊接钢轨；
②定向爆破；
③冶炼熔点高的金属（如钨、钒、铬、锰等）
3V2O5+10Al === 6V + 5Al2O3
高温
写出Al和V2O5、MnO2、Cr2O3发生铝热反应的方程式。
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
高温
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3
高温
铝热剂：
铝和金属氧化物组成的混合物。
物理方法
金、铂在自然界以游离态存在，直接通过物理方法即可提取，如“沙土淘金”。
《浪淘沙》
-刘禹锡
日照澄洲江雾开，
涛金女伴满江隈。
美人首饰侯王印，
尽是沙中海底来。
金属的冶炼方法
金属冶炼方法的选择取决于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。
K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au
电解法
热还原法
热分解法
物理法
合理开发和利用金属资源
合理开发和利用金属资源的有效途径：
提高金属矿物的利用率
开发环保高效的金属冶炼方法
防止金属的腐蚀
加强废旧金属的回收和再利用
火法炼铜、湿法炼铜
Mn＋＋ne－→M
金属冶炼实质：
金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
其它金属冶炼方法：
铝热法
K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au
电解法
热还原法
热分解法
物理法
1.化学学科的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是( )
A. 人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界分布关系最为紧密
B. 工业上可用空气、Cu、稀硫酸在加热条件下来制备CuSO4，且硫酸利用率高，环境污染小
C. 工业上常用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、Al
D. 人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品
B
2. 工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是( )
A. 金属在自然界的存在形式
B. 金属元素在地壳中的含量
C. 金属熔点高低
D. 金属阳离子得电子的能力
D
3. 下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是( )
A. 加热氧化铝 B. 电解熔融氯化钠
C. 加热碳酸钙 D. 氯化钠与铝粉高温共热
B
4. 已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测，下列事件发生在铁器时代之前的是( )
A. 金属钠的使用 B. 青铜器的大量使用
C. 海水提镁 D. 铝热法制铬
B
5. 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法　②水煤气(或氢气或一氧化碳)法　③活泼金属置换法　④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A. (Ⅰ)用① B. (Ⅱ)用②
C. (Ⅲ)用③ D. (Ⅳ)用④
B
6. 关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是( )
A. 对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B. 重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋
C. 废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐
D. 照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
B
7.铜是人类发现最早并广泛使用的一种金属。回答下列问题：
(1)实验室使用稀硫酸和 H2O2 溶解铜片，该反应的化学方程式为 _________________________。
(2)电子工业使用 FeCl3溶液刻蚀印刷电路板铜箔，写出该过程的离子方程式 _______________________________________。
(3)溶液中 Cu2+的浓度可采用碘量法测得： ①2Cu2+＋5I－ =2CuI↓＋I3 － ； ②I3 － ＋2S2O32 - =S4O62- ＋3I－ 反应①中的氧化剂为________。现取 20.00 mL 含 Cu2+的溶液，加入足量的 KI 充分反应后，用 0.1000 mol·L－1 的 Na2S2O3 标准溶液滴定至终点，消耗 Na2S2O3 溶液 25.00 mL，此溶液中 Cu2+的浓度为________ mol·L－1。
Cu＋H2O2＋H2SO4=== CuSO4＋2H2O
Cu＋2Fe3+ === Cu2+＋2Fe2+
Cu2＋
0.125
8.工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下:
请回答下列问题: (1)沉淀 C 的化学式为 _________,该物质除了用于金属冶炼以外,还可用作_______。
(2)电解熔融的氧化铝时,标准状况下若得到22.4 L O2,则同时生成 ____g铝。
(3)操作Ⅰ、操作Ⅱ和操作Ⅲ都是____(填操作名称),实验室要洗涤 Al(OH)3 沉 淀应该在____装置中进行,洗涤方法是____________________。
Fe2O3
颜料
36
过滤
过滤
向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,使水自然流下,重复操作 2~3 次
(4)生产过程中,除 NaOH、H2O 可以循环利用外,还可以循环利用的物质有__________ (填化学式),用此法制取铝的副产品是__________ (填化学式)。
(5)写出 Na2CO3 溶液与 CaO 反应的离子方程 式: ________________。
(6)若铝土矿中还含有二氧化硅,此生产过程中得到的氧化铝中将混有杂质 ____(填化学式)。
8.工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下:
CaO 和 CO2
Fe2O3 、 O2
SiO2
CO32- +CaO+H2O=CaCO3↓+2OH-

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