资源简介

(共20张PPT)
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
课时1 金属矿物的开发利用
课堂导入
金矿
铂矿
赤铁矿(Fe2O3)
黄铜矿(CuFeS2)
铝土矿(Al2O3)
菱镁矿(MgCO3)
黄铁矿(FeS2)
我们在生活中常接触到哪些金属，他们在自然界中以什么形式存在？
除金、铂之外，绝大多数金属以化合态存在于自然界中。
那如何得到金属单质呢？
课堂学习
金属矿物的开发利用
+ne-
得电子，被还原
Mn+
M
由化合态(化合物)制备游离态 (单质)
除去杂质
提高金属的比例
制备高纯度的金属
金属的冶炼：将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。
实质：用还原剂使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。
课堂学习
金属矿物的开发利用
金属的冶炼具有十分悠久的历史，在不同时期，人类对金属材料的使用也不相同，根据下图中人类冶炼金属的历史时间，你能总结出金属材料的发现和利用有什么规律吗？
主要影响因素为金属的存在形式和金属的活泼性。金属越活泼，还原性越强，离子氧化性越弱，得电子能力越弱，越难被还原，被发现和使用的时间便越晚。
课堂学习
金属矿物的开发利用
你了解的金属冶炼有哪些方法，对于活泼性不同的金属(例如金属活动性顺序表中涉及到的十四种金属)，冶炼方法会是相同的吗？
在之前我们对钠及其化合物、铁及其化合物的相关知识进行了学习，了解到钠的冶炼需要使用电解法、铁的冶炼方法为高炉炼铁，这也说明了金属越活泼，越难冶炼，根据金属元素活泼性的不同，金属冶炼的方法必然也不相同。
针对金、铂等自然界中以游离态存在的金属，采用物理方法(富集法)便可收集，如古人沙里淘金便是利用密度差异。
课堂学习
金属矿物的开发利用
对一些不活泼的化合态存在的金属，如Hg、Ag，一般采用热分解法冶炼。
对于活泼性略强的一些金属(如铁和铜)，应当如何冶炼？
汞的冶炼：2HgO = 2Hg + O2↑
银的冶炼：2Ag2O = 4Ag + O2↑
热还原法：利用还原性物质(C、CO、H2等)将金属还原出来。
课堂学习
金属矿物的开发利用
除了常见的还原性气体之外，一些活泼金属也具备较强的还原性，可以作为还原剂将相对不活泼的金属置换出来，例如铝。
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。
铝热剂：铝和金属氧化物的混合物；
镁条：燃烧时释放大量热，提供反应条件；
氯酸钾：助燃剂，产生氧气以达到助燃效果。
铝热反应置换铁单质：2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3
课堂学习
金属矿物的开发利用
4Al + 3MnO2 = 3Mn + 2Al2O3
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
10Al + 3V2O5 = 6V + 5Al2O3
实验现象：
镁条剧烈燃烧，铝热剂发生剧烈反应，放出大量的热，并发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙子中，冷却后变为黑色固体。
实际应用：修复铁轨，冶炼金属，制作铝热弹等。
课堂学习
金属矿物的开发利用
对于钙、钠、镁、铝等非常活泼金属，还原剂很难将其从化合物中还原出来，所以一般采用电解法冶炼。
冰晶石：化学式为Na3AlF6，可以降低氧化铝的熔点。
钙的冶炼：CaCl2(熔融) = Ca + Cl2↑
钠的冶炼：2NaCl(熔融) = 2Na + Cl2↑
镁的冶炼：MgCl2(熔融) = Mg + Cl2↑
铝的冶炼：2Al2O3(熔融) = 4Al + 3O2↑
虽然电解法可以制备K单质，但工业上常用钠钾置换制备(熔融态)：
Na + KCl K↑ + NaCl
钾的沸点：759℃，钠的沸点：881℃
课堂学习
金属矿物的开发利用
AlCl3属于共价化合物，熔融状态下不能电离出阴阳离子，不导电，无法电离。
MgO是离子化合物，为什么冶炼镁时电解 MgCl2而不是 MgO呢？
这是因为MgO的熔点为2852℃，MgCl2的熔点为118℃，MgO的熔点较高，冶炼时成本也较高。
为什么冶炼铝时不采用电解熔融AlCl3的方法，而选择电解Al2O3？
课堂学习
金属矿物的开发利用
通过这样的三句古语，我们还可以使用什么样的方法冶炼金属？
“曾青得铁则化为铜”
——西汉淮南王刘安《淮南万毕术》
“以曾青涂铁，铁赤色如铜。”
——晋代的葛洪《抱朴子内篇·黄白》
“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之，则成胆矾。烹胆矾则成铜；熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。”
——北宋科学家沈括《梦溪笔谈》
对于不同金属，往往有不同的方法，如铜的冶炼还有湿法炼铜和火法炼铜。
湿法炼铜：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
火法炼铜：Cu2S + O2 = 2Cu + SO2
课堂学习
金属矿物的开发利用
生产1mol铝消耗的电能至少为 1.8×106J，而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，你能想到什么，我们又该如何合理地开发和利用金属资源呢？
用铝土矿生产铝，能耗高，资源消耗量大，在生产过程中会产生大量的废气、废液及废渣，对大气、水体及土壤会产生很大污染；
而用废旧饮料罐生产铝，能耗低，资源消耗量小，对环境污染很小，变废为宝，既可以减少废旧金属对环境的污染，还可以提高矿物的有效利用率，是可持续发展的必然要求。
合理开发利用金属资源的途径：
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；
使用其他材料代替金属材料。
课堂巩固
正误判断
1. 越活泼的金属，人类对其的利用越晚。
4. 可以通过电解金属氯化物的方式制备镁、铝等金属。
2. 可以通过电解氯化钠溶液的方法制取金属钠。
3. 对金属进行冶炼时，金属元素一定发生还原反应。
√
×
√
×
课堂巩固
已知锂的金属性介于钠和镁之间,则下列能冶炼出金属锂的方法是 ( )
A.电解法 B.热还原法
C.热分解法 D.铝热法
A
课堂巩固
西汉刘安所著的《淮南万毕术》中有“曾青得铁,则化为铜,外化而内不化”，该反应被认为是现代湿法冶金术之祖。下列说法正确的是 ( )
A.硫酸铜晶体的化学式为CuSO4·5H2O,是混合物
B.“内不化”是因为内部的铁活泼性比表面的铁活泼性差
C.上述反应的离子方程式为2Fe + 3Cu2+ = 2Fe3+ + 3Cu
D.“化为铜”表明发生的是氧化还原反应
D
课堂巩固
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
课堂巩固
铝土矿中除了氧化铝外，还含有氧化铁、氧化镁、二氧化硅等杂质(其他杂质忽略不计)，你能设计流程从铝土矿中冶炼得到铝单质吗？
酸溶法
课堂巩固
还有没有其他方法能够提取出来铝土矿中的铝单质，请仿照酸溶法设计相关冶炼流程。
碱溶法
课堂小结
谢谢观看
THANKS

展开更多......

收起↑