资源简介

(共48张PPT)
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
第八章　化学与可持续发展
课程标准 核心素养目标
1.认识到化学科学与技术对我国走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路将发挥重要作用。
2．知道金属材料等常见材料类型，结合实例认识材料组成、性能与应用的联系。 1.证据推理与模型认知：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。
2．科学态度与社会责任：通过铝的冶炼成本的计算，认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。
一、自然资源与可持续发展
1．自然资源
(1)自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础，包括土地与土壤资源、 资源、生物资源、 资源、 资源、 资源等。
(2)自然资源根据其能否再生可以分为 资源和 资源。
矿产
水
能源
环境
可再生
不可再生
2．可持续发展
可持续发展的目标是在满足人类需要的同时，强调人类的行为要受到
的制约，强调人类代际之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。
二、金属矿物的开发利用
1．金属元素在自然界中存在的形态
自然界
2．金属冶炼原理与实质
(1)原理：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。
(2)实质：用不同的冶炼方法使化合态的金属得到电子变成金属单质，即：Mn＋＋ne－===M。
3．金属冶炼的方法
(1)热分解法
对一些不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将它们从其化合物中还原
出来。分别写出加热分解HgO、Ag2O的化学方程式： 、
。
(2)电解法
对一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。工业上电解冶炼Na、Mg的化学方程式分别为 、 。
(3)热还原法
大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应来完成的，常用的还原剂有 、 、氢气等。一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。例如，Fe2O3与Al发生铝热反应的原理是 。
焦炭
一氧化碳
4．金属矿物资源的合理开发和利用
(1)原因
①地球上金属矿物资源有限，且分布不均；
②金属冶炼消耗很多能量，也易造成环境污染；
③金属腐蚀造成大量金属损失。
(2)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，防止金属的腐蚀；
③加强废旧金属的回收和再利用；
④使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。
5．铝的工业生产原理
工业上采用电解法冶炼金属铝的化学方程式：
。
＋3O2↑
◆名师点拨
化学与可持续发展
(1)资源、能源、材料、环保、健康、安全等是当今社会重要的研究主题，化学与这些主题密切相关，在其研究与应用中发挥着重要作用。
(2)人类正面临着自然资源过度消耗、生态环境趋于恶化等巨大压力。
(3)开发利用自然资源与保护资源、保护环境是人与自然和谐相处的两个相辅相成的重要方面。
◆名师点拨
常见金属的冶炼原理
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)金属由化合态变为游离态，可能被氧化，也可能被还原(　　)
(2)从自然界中获得金属单质均需要通过化学方法(　　)
(3)电解NaCl溶液和熔融MgCl2可制得相应的金属(　　)
(4)以赤铁矿为原料，用CO还原氧化铁可制得铁(　　)
×
×
×
√
◆名师点拨
金属的冶炼方法
探究一 属的冶炼方法与金属活动性的关系
金属的存在与利用
材料一：金属元素在自然界中，以单质形式存在的，称为游离态，以化合物形式存在的，则为化合态。除了金、铂等极少数金属，绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。
材料二：拿破仑三世在宴请宾客的时候，为皇室和贵族用了铝制的餐具，而自己更是使用了全套铝制餐具，而其他地位较低的客人则使用
银质餐具。拿破仑三世甚至为了显示自己的高贵，用铝打造了一顶皇冠。
材料三：我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁的技术，而欧洲最早直到500年后(相当于清代乾隆末年)，英国才掌握这一技术。
[问题设计]
(1)不同金属在自然界中分别以什么形式存在？地壳中含量最高和次高的金属元素是什么？
提示：不同金属在自然界中存在形式多样，主要有游离态和化合态；地壳中含量最高和次高的金属元素分别是铝和铁。
(2)人类使用铝、铁、铜三种金属的顺序是什么？为什么？
提示：人类使用铝、铁、铜三种金属的顺序是铜、铁、铝；这主要与金属的活动性、矿石的性质和冶炼技术的发展有关。
(3)基于氧化还原的角度考虑，金属冶炼的本质是什么？活动性不同的金属冶炼方法一样吗？
提示：从氧化还原的角度来看，金属冶炼的本质是利用氧化还原反应，将金属从其化合物中还原出来，使金属离子得到电子，生成金属单质；由于不同金属的活动性不同，其对应的金属离子得电子能力也不同，因此活动性不同的金属冶炼方法不一样。
(1)金属冶炼方法与金属活动性顺序的关系
(2)金属矿物的开发利用
A
[例1] 金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大作用。下列金属的工业制法不正确的是 (　　)
A．制镁：用铝与氧化镁的混合物作铝热剂冶炼镁
B．制铝：以铝土矿为原料获得氧化铝固体，电解熔融的氧化铝得到铝
C．制汞：用加热氧化汞的方法冶炼汞
D．制铁：利用焦炭与氧气反应生成的CO在高温下还原铁矿石得到铁
镁的金属性强于铝，不能用铝热反应制得镁，工业上用电解熔融氯化镁的方法制取镁；工业上以铝土矿为原料获得氧化铝固体，电解熔融的氧化铝得到铝；汞为不活泼的金属，工业上用加热氧化汞的方法冶炼汞；铁为较活泼的金属，工业上利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳在高温下还原铁矿石得到铁。
[深度思考]工业上能否采用电解熔融MgO的方法冶炼金属Mg？为什么？
提示：不能；MgO的熔点很高，高温熔融MgO能耗很大。
B
1．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法不正确的是 (　　)
A．锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
B．电解熔融态氯化铝可以冶炼铝单质
C．银采用热分解法冶炼
D．沙里淘金是物理变化
铝热反应是金属铝和金属氧化物之间的置换反应，反应放出大量的热，利用铝热反应可以冶炼熔点较高的金属，如金属铁、铬、锰等金属；氯化铝为共价化合物，熔融态不导电，不能用电解氯化铝的方法冶炼铝，常采用电解熔融的氧化铝冶炼铝单质；银性质稳定，用热分解氧化物方法制取，可以通过加热Ag2O制得；金单质性质稳定，沙里淘金是物理变化。
探究二 热反应的原理及其应用
我国高铁建设极大地方便了人们的出行，加强了地域之间的联系。高铁钢轨全部为无缝钢轨，野外焊接钢轨常采用铝热反应原理，利用铝粉与氧化铁在高温下发生反应得到液态铁。
[问题设计]
(1)写出野外利用铝粉与氧化铁反应焊接钢轨的化学方程式，并指明铝粉的作用。
(2)铝热反应的原理是什么？铝热反应可用于冶炼哪些金属？
提示：铝热反应的原理是利用铝的强还原性，在高温条件下将某些金属从其氧化物中还原出来。用于冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如Fe、V、Cr、Mn等。
(1)实验探究铝热反应的原理
实验原理 Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，将氧化物(如Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)中的金属置换出来
实验装置 　
实验现象 ①镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光；②使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；③放出大量的热；④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论 在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热，化学方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe
原理应用 ①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属Cr、Mn、V等；②金属焊接，如野外焊接钢轨等
C
[例2] 铝热反应的实验装置如图所示。下列有关铝热反应的说法不正确的是 (　　)
A．铝热反应是放热反应
B．铝热反应可用于冶炼某些金属
C．实验中镁条的主要作用是还原氧化铁
D．实验现象为火星四溅，漏斗下方有红热的熔融物流出
铝热反应放出大量的热使生成的铁熔化，所以铝热反应为放热反应；铝的还原性强，且铝热反应放出大量的热，则可以通过铝热反应冶炼某些高熔点金属；在铝热反应中，金属镁燃烧会放出大量的热，为铝热反应提供能量；铝热反应反应剧烈，实验现象为火星四溅，漏斗下方有红热的熔融物流出。
A
2．铝热反应有广泛的用途，实验装置如图1所示。下列说法正确的是 (　　)
铝热反应是放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，符合图2能量变化；工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼金属镁；铝热反应过程中，Mg与O2发生化合反应生成MgO；氧化铁是Fe2O3而不是Fe3O4。
B
1．下列金属通常用电解法冶炼的是 (　　)
A．Fe B．Mg
C．Hg D．Ag
铁是较活泼金属，通常用热还原法冶炼；镁是很活泼金属，通常用电解法冶炼，电解熔融MgCl2；汞是不活泼金属，通常用热分解法冶炼；银是不活泼金属，通常用热分解法冶炼。
A
2．下列金属的冶炼过程中，需加入还原剂的是 (　　)
A．Fe2O3→Fe B．NaCl→Na
C．Al2O3→Al D．HgO→Hg
铁的冶炼是用还原剂如CO将铁的氧化物还原；钠的冶炼是电解熔融的氯化钠，不需要加入还原剂；铝的冶炼是电解熔融的氧化铝，不需要加入还原剂；汞的冶炼是加热分解氧化汞，不需要加入还原剂。
B
3．下表中金属的冶炼原理与方法不正确的是 (　　)
活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，较活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag等利用热分解法冶炼。Hg采用热分解法制备；Na采用电解法制备；Al采用电解法制备；Fe采用热还原法制备。
4．工业上常以铝土矿(主要成分为Al2O3，含少量Fe2O3)为原料冶炼金属铝，其工艺流程如图所示：
A
下列说法正确的是 (　　)
A.“溶解”时发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋3H2O===
2[Al(OH)4]－
B.“酸化”时可以用HCl代替CO2
C.“过滤2”中所得滤液的主要成分为Na2CO3
D.“熔融电解”时加入试剂X为冰晶石，用作催化剂
铝土矿(主要成分为Al2O3，含少量Fe2O3)，加入NaOH溶液溶解后，滤渣为Fe2O3，滤液为Na[Al(OH)4]溶液，通入过量的CO2生成Al(OH)3，过滤，滤液主要为碳酸氢钠溶液，滤渣为Al(OH)3，灼烧后得到Al2O3，加入冰晶石，在熔融状态下电解Al2O3，得到Al和氧气，冰晶石的作用是降低Al2O3的熔点。由分析可知，加入NaOH溶液后，与氧化铝反应生成Na[Al(OH)4]，反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－；“酸化”时不可以用HCl代替CO2，因为HCl如果过量会溶解Al(OH)3；“过滤2”中所得滤液的主要成分为NaHCO3；试剂X为冰晶石，作用是降低Al2O3的熔点。
5．金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。
(1)金属的冶炼一般有下列方法：
a.焦炭法
b.水煤气(氢气和一氧化碳)法
c.活泼金属置换法
d.电解法
请从上述四种方法中选择相应的标号填入表中空格：
高炉炼铁 湿法炼铜 铝热法炼铬 工业上冶炼铝
________ ________ __________ ____________
写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：______________________________
___________________________________________________________。
(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火
中与铜元素有关的三个化学方程式：_____________________________
___________________________________________________________。
(2)Cu2(OH)2CO3受热分解为CuO、CO2、H2O，树木燃烧时会有C、CO生成，然后C或CO还原CuO生成Cu。

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