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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
人教版必修第二册
1、金属在自然界中的存在形态
金
铂矿
一 金属矿物的开发利用
1） 极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
银
陨铁
教学过程
2） 绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。
黄铜矿(CuFeS2)
赤铁矿(Fe2O3)
铝土矿 (Al2O3)
软锰矿(MnO2)
钨锰铁矿
孔雀石[Cu2(OH)2CO3]
教学过程
2、金属的冶炼
1)定义：用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。
2) 实质：
Mn+(化合态）
得电子，被还原
M（游离态）
3)方法：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
如图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。
约10000年前
约6000年前
约6000年前
约2500年前
约200年前
为什么地壳中铝的含量比铁和铜高，但使用的时间却晚得太多？
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。
思考
(1)物理方法——富集法 适用于极不活泼的金属（如：铂Pt、金 Au ）
马达加斯加街头淘金者
刚果手工金矿开采
思考：沙里淘金的分离原理？
淘金原理：金的密度比沙大，淘去粗沙后得砂金。
3、金属冶炼方法
“沙里淘金”有诗为证：
“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”
教学过程
（2） 热分解法——适用于不活泼的金属（Ag、Hg）
古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS)烧之成水银”
古法炼汞
古法炼银
（3）热还原法（大部分活泼金属）
①高炉炼铁：
常用还原剂：C、H2 、CO、 活泼金属
2CuO＋C 2Cu＋CO2↑ 　
CuO+H2 === Cu + H2O
高温
铝热反应
1. 实验装置
①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发生耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
2. 实验现象
3. 实验原理
Fe2O3 ＋ 2Al = 2 Fe+Al 2O3
高温
4. 原理应用
①金属焊接，如野外焊接钢轨等
②铝热法炼铁
引燃剂
助燃剂
铝热剂
铝热剂：铝粉和金属氧化物 (V2O5/Cr2O3/MnO2/FexOy等)的混合物
置换反应
铝热反应
②铝单质做还原剂冶炼高熔点，且活动性比铝弱的金属（Fe、V、Cr、Mn等）
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高温
3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3
高温
Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O3
高温
3Co3O4+8Al 9Co + 4Al2O3
高温
3V2O5+10Al 6V+ 5Al2O3
高温
教学过程
(4)电解法——适用于非常活泼的金属（K Ca Na Mg Al ）
熔融态的的氧化物或盐
①制Na： 。
②制Mg： 。
③制Al： 。
教学过程
思考与交流：制备镁、铝时，原料为什么选择 MgCl2 、Al2O3，而不选择MgO、AlCl3？
根据信息：
提示：AlCl3 是共价化合物
金属的冶炼
(2)其他的冶炼方法
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
湿法炼铜
火法炼铜
Cu2S＋O2 === 2Cu＋SO2
高温
火烧孔雀石炼铜
Cu2(OH)2CO3 === 2CuO + H2O + CO2↑
高温
C + 2CuO === CO2 ↑ + 2Cu
难挥发性物质制备易挥发性的物质
Na+KCl (熔融) === NaCl+K↑
人类很早就发现，孔雀石在熊熊燃烧的树木中灼烧，树木余烬里会有一种红色光亮的金属凝固出来。
Cu2(OH)2CO3
孔雀石
启示1:从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。
启示2:加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。
启示3:实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，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和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。
思考与讨论
教学过程
4、合理开发和利用矿物资源
（1）资源有限且分布不均 （2）金属的冶炼消耗许多能量
（3）金属冶炼造成环境污染 （4）金属腐蚀造成大量损失
原 因
（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
措 施
某地探明有大量铝土矿（主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、SiO2等杂质），现你作为该厂特聘人员，协助完成金属铝得冶炼：
铝土矿
氧化铝
电解铝
净化
精炼
铝锭
提纯
电解
铝土矿的冶炼
Al2O3
Fe2O3
SiO2
SiO2
AlCl3
FeCl3
HCl
Fe(OH)3
Na[Al(OH)4]
NaCl
NaOH
CO2
Al(OH)3
NaHCO3
NaCl
盐酸
过滤
NaOH
溶液
过滤
过滤
Al2O3
Al
电解
加热
【思考】铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3 、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？
方案一：酸溶法
①
②
③
④
⑤
[Al(OH)4] + CO2 === Al(OH)3↓ + HCO3-
Al3++4OH === [Al(OH)4]
Al2O3＋6H+ === 2Al3+＋3H2O
2Al2O3 (熔融) ====== 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
强酸制弱酸
【思考】铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3 、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？
Al2O3
Fe2O3
SiO2
NaOH
溶液
Fe2O3
Na[Al(OH)4] Na2SiO3
NaOH
盐酸
H2SiO3
NaCl AlCl3
氨水
Al(OH)3
过滤
过滤
过滤
NH4Cl
NaCl
Al2O3
Al
电解
加热
方案二：碱溶法
①
②
③
④
⑤
[Al(OH)4] + 4H+ === Al3++4H2O
Al3+＋3NH3·H2O === Al(OH)3↓+3NH4+
Al2O3 + 2OH + 3H2O === 2[Al(OH)4]
SiO2 + 2OH === SiO32- + H2O
SiO32- + 2H+ === H2SiO3↓ + H2O
强酸制弱酸
课堂小结

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