資源簡介

(共28張PPT)
金屬礦物
的開發利用
第八章 化學與可持續發展
1.了解金屬在自然界中的存在形態，熟知金屬冶煉的方法及其原理，掌握鋁熱反應的原理和實驗
2.以金屬礦物的開發和利用為例，認識化學方法在實現物質間轉化中的作用，體會保護金屬資源的重要性
黃金面具
太陽鳥
金杖
青銅立人像
青銅神樹
鉑
金
隕鐵
游離態
金屬在自然界中的存在形態
化合態
思考：金屬冶煉的實質是什么？
用 法把 的金屬還原成 的金屬，即：
還原
化合態
游離態
Mn＋＋ne－→M
金屬活動性逐漸減弱
思考：金屬活動性不同，還原方法一樣嗎？
金屬活動順序表
原因：
金屬越活潑、就越難冶煉。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
Au、Ag、Cu、
Fe、
古代
現代
Al、
Ti
歷史上金屬被發現和冶煉利用的順序
資料
【討論1】完成下列化學方程式并思考：
（1）這種金屬的冶煉方法稱為什么方法？
（2）這種方法適用于什么類型的金屬的冶煉？
（3）這些金屬的氧化物的穩定性有什么特點？
熱分解法
適用于冶煉不太活潑的金屬（Hg、Ag等）
氧化物的穩定性較差
HgO ===
△
Ag2O ===
△
2 2Hg + O2 ↑
2 4Ag + O2 ↑
【討論2】完成下列化學方程式并思考：
（1）這種金屬的冶煉方法稱為什么方法？
（2）這種方法適用于什么類型的金屬的冶煉？
（3）用這種方法冶煉金屬有什么缺點？
MgCl2 (熔融) ===
電解
Al2O3 (熔融) ===
電解
冰晶石
NaCl (熔融) ===
電解
Mg + Cl2↑
2 4Al + 3O2↑
2 2Na + Cl2↑
電解法
適合冶煉活動性很強的金屬K~Al（排在Zn前）
消耗大量的電能，成本較高
冰晶石(Na3AlF6)：
(助熔劑)
（4）已知：
化合物 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
類型 離子化合物 離子化合物 離子化合物 共價化合物
熔點/℃ 2800 2050 714 191
①工業制鉀、鈉、鎂時，電解熔融的KCl、NaCl、MgCl2而不電解熔融的K2O、 Na2O、 MgO；制鋁時，電解熔融Al2O3而不電解熔融AlCl3的原因是
②能否電解飽和的氯化鈉溶液來制取鈉？
K2O、Na2O、MgO的熔點高，熔融時消耗大量熱能，增加生產成本；氯化鋁是共價化合物，熔融態氯化鋁不導電
不能。
2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑
電解
【討論3】觀察下列化學方程式并思考：
（1）這種金屬的冶煉方法稱為什么方法？
（2）這種方法適用于什么類型的金屬的冶煉？
（3）這種方法常用的還原劑有哪些？
CuO + H2 == Cu + H2O
高溫
Fe2O3 + 3CO == 2Fe + 3CO2
高溫
熱還原法
適用于金屬活動性介于Zn-Cu之間的大多數金屬的冶煉。
C、CO、H2和Al等。
信州鉛山縣有苦泉，流以為澗。其水熬之，則成膽礬，烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜，久之異化為銅。
——沈括《夢溪筆談》
用礦(硫化礦，主要成分為Cu2S)二百五十籮……入大旋風爐，連烹(灼燒) 三日三夜，方見成銅。
——明·陸容《菽園雜記》
濕法煉銅
火法煉銅
Cu2S + O2===2Cu + SO2
高溫
CuSO4 + Fe=Cu + FeSO4
以鋁粉和金屬氧化物反應獲得金屬單質的反應。
鋁熱反應
（1）概念：
（2）原理：
活潑金屬置換不活潑金屬。
Al2O3+2Fe
Fe2O3+2Al
高溫
鎂條為引燃劑，
氯酸鉀為助燃劑
鋁熱劑
（3）現象：
鎂條劇烈燃燒，發出耀眼的白光，放出大量的熱；紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入蒸發皿。
1、鋁熱反應需要高溫條件，是否還需要持續加熱？
鋁熱反應為放熱反應，放出的熱可以維持反應繼續進行，因此不需要持續加熱。
2、實驗中，鎂條、氯酸鉀的作用是什么？引發反應的操作是什么？
鎂條是引燃劑，氯酸鉀為助燃劑，點燃鎂條，促使氯酸鉀分解，釋放出氧氣，使鎂條更劇烈燃燒，單位時間內放出更多熱量，從而引發Al和Fe2O3發生反應。
3、蒸發皿中鋪少量細沙的作用是什么？
一是防止蒸發皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。
【思考與交流】
（4）鋁熱反應應用：
①焊接鋼軌；
②定向爆破；
③冶煉熔點高的金屬（如鎢、釩、鉻、錳等）
3V2O5+10Al === 6V + 5Al2O3
高溫
寫出Al和V2O5、MnO2、Cr2O3發生鋁熱反應的方程式。
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
高溫
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3
高溫
鋁熱劑：
鋁和金屬氧化物組成的混合物。
物理方法
金、鉑在自然界以游離態存在，直接通過物理方法即可提取，如“沙土淘金”。
《浪淘沙》
-劉禹錫
日照澄洲江霧開，
濤金女伴滿江隈。
美人首飾侯王印，
盡是沙中海底來。
金屬的冶煉方法
金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活潑性。金屬越活潑,冶煉時所需條件要求越高,在人類歷史上出現相對晚一些。金屬越不活潑,冶煉的方法越簡單,人們使用的時間越早,所以有青銅、鐵器等時代的發展歷程。
K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au
電解法
熱還原法
熱分解法
物理法
合理開發和利用金屬資源
合理開發和利用金屬資源的有效途徑：
提高金屬礦物的利用率
開發環保高效的金屬冶煉方法
防止金屬的腐蝕
加強廢舊金屬的回收和再利用
火法煉銅、濕法煉銅
Mn＋＋ne－→M
金屬冶煉實質：
金屬單質還原性、失電子能力依次減弱
金屬陽離子氧化性、得電子能力依次增強
其它金屬冶煉方法：
鋁熱法
K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱ Hg Ag ︱Pt Au
電解法
熱還原法
熱分解法
物理法
1.化學學科的發展對人類文明進步起到了極為重要的作用。下列認識正確的是( )
A. 人類對金、銀、銅、鐵、鋁的認識與其在自然界分布關系最為緊密
B. 工業上可用空氣、Cu、稀硫酸在加熱條件下來制備CuSO4，且硫酸利用率高，環境污染小
C. 工業上常用電解熔融態的MgCl2、AlCl3來制備Mg、Al
D. 人類解決吃、穿、住、行最有效的方法就是大力開發石油及其產品
B
2. 工業上冶煉金屬一般用熱分解法、熱還原法和電解法。你認為選擇方法的主要依據是( )
A. 金屬在自然界的存在形式
B. 金屬元素在地殼中的含量
C. 金屬熔點高低
D. 金屬陽離子得電子的能力
D
3. 下列各種冶煉方法中，可以制得相應金屬的是( )
A. 加熱氧化鋁 B. 電解熔融氯化鈉
C. 加熱碳酸鈣 D. 氯化鈉與鋁粉高溫共熱
B
4. 已知一些金屬的發現和使用與其金屬活動性有著必然的聯系。據此推測，下列事件發生在鐵器時代之前的是( )
A. 金屬鈉的使用 B. 青銅器的大量使用
C. 海水提鎂 D. 鋁熱法制鉻
B
5. 冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法　②水煤氣(或氫氣或一氧化碳)法　③活潑金屬置換法　④電解法。四種方法在工業上均有應用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅；(Ⅱ)濕法煉銅；現代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻；(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂，對它們的冶煉方法的分析不正確的是( )
A. (Ⅰ)用① B. (Ⅱ)用②
C. (Ⅲ)用③ D. (Ⅳ)用④
B
6. 關于廢舊金屬處理的下列說法中不正確的是( )
A. 對廢舊金屬的最好處理方法是回收、再利用
B. 重金屬對人體有害，對廢舊重金屬材料的處理方法是填埋
C. 廢舊鋼鐵可用于煉鋼，廢鐵屑可用于制鐵鹽
D. 照相業、科研單位和醫院X光室回收的定影液中，可以提取金屬銀
B
7.銅是人類發現最早并廣泛使用的一種金屬。回答下列問題：
(1)實驗室使用稀硫酸和 H2O2 溶解銅片，該反應的化學方程式為 _________________________。
(2)電子工業使用 FeCl3溶液刻蝕印刷電路板銅箔，寫出該過程的離子方程式 _______________________________________。
(3)溶液中 Cu2+的濃度可采用碘量法測得： ①2Cu2+＋5I－ =2CuI↓＋I3 － ； ②I3 － ＋2S2O32 - =S4O62- ＋3I－ 反應①中的氧化劑為________。現取 20.00 mL 含 Cu2+的溶液，加入足量的 KI 充分反應后，用 0.1000 mol·L－1 的 Na2S2O3 標準溶液滴定至終點，消耗 Na2S2O3 溶液 25.00 mL，此溶液中 Cu2+的濃度為________ mol·L－1。
Cu＋H2O2＋H2SO4=== CuSO4＋2H2O
Cu＋2Fe3+ === Cu2+＋2Fe2+
Cu2＋
0.125
8.工業上用鋁土礦(含氧化鋁、氧化鐵)制取鋁的過程如下:
請回答下列問題: (1)沉淀 C 的化學式為 _________,該物質除了用于金屬冶煉以外,還可用作_______。
(2)電解熔融的氧化鋁時,標準狀況下若得到22.4 L O2,則同時生成 ____g鋁。
(3)操作Ⅰ、操作Ⅱ和操作Ⅲ都是____(填操作名稱),實驗室要洗滌 Al(OH)3 沉 淀應該在____裝置中進行,洗滌方法是____________________。
Fe2O3
顏料
36
過濾
過濾
向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀,使水自然流下,重復操作 2~3 次
(4)生產過程中,除 NaOH、H2O 可以循環利用外,還可以循環利用的物質有__________ (填化學式),用此法制取鋁的副產品是__________ (填化學式)。
(5)寫出 Na2CO3 溶液與 CaO 反應的離子方程 式: ________________。
(6)若鋁土礦中還含有二氧化硅,此生產過程中得到的氧化鋁中將混有雜質 ____(填化學式)。
8.工業上用鋁土礦(含氧化鋁、氧化鐵)制取鋁的過程如下:
CaO 和 CO2
Fe2O3 、 O2
SiO2
CO32- +CaO+H2O=CaCO3↓+2OH-

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