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金屬的冶煉方法
1.能從物質性質與反應條件角度解釋不同金屬冶煉方法的差異；
2.認識我國古代文明與金屬冶煉的關系；
3.感受物質制備中豐富的化學思想。
思考：以下文獻中涉及了哪些金屬的“冶煉”？寫出相關的化學方程式。
1、古代煉丹術葛洪所著《抱樸子》中記載：“丹砂（HgS）燒之成水銀。”
2、唐代詩人劉禹錫在《浪淘沙九首》（之六）中有云：“日照澄洲江霧開，淘金女伴滿江隈。美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來。”
3、北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗。挹其水熬之，則成膽礬，烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅。”
沙里淘金（物理方法）
Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4
早在公元前4000多年，人類就通過煅燒礦石煉銅，以制造各種器皿、工具、兵器和飾品等；商周時期，我國的青銅冶鑄技術已十分發達；到了春秋晚期，冶煉鐵的技術已比較成熟。
廣西銅鼓
青銅寶劍
千年滄州鐵獅子
（重達32噸）
唐代黃河大鐵牛 （重達70噸）
一、金屬的存在形式
閱讀教材94-95頁內容，思考下列問題：
1、自然界中金屬元素以哪些形式存在？ 2、金屬有哪些良好性能？
1、金屬的存在形式
游離態
少量的金屬，如自然金和自然銀等
化合態
大部分金屬，如地殼中赤鐵礦（主要成分Fe2O3），鋁土礦（主要成分為Al2O3）
以離子或礦石的形式分布于海洋中，如鈉、鎂、錳等
自然銀
自然金
鋁土礦
赤鐵礦
磁鐵礦
2、金屬的性能
金屬材料既有良好的可塑性，堅固耐用，而且還有導電、導熱等諸多優良性能。
可塑性
導熱性
導電性
下圖表示金屬活動性順序表中銅、錫、鐵和鋁元素被人類大規模開發利用的大致年限。
交流討論
（1）新石器中期，在我國的河北和甘肅等地就已用自然銅來打制銅器，俄羅斯和意大利都有自然銅的礦產地。但很少聽聞關于自然鐵礦產的報道。為什么？
（2）根據以上金屬的活動性和人類開發利用這些金屬時間的數據，你發現了什么規律？
（3）找出你熟悉的2~3種金屬單質，說明它們的制備方法，寫出有關反應的化學方程式。
金屬活動性越強，人類開發、利用該金屬的時間就越晚；金屬活動性越弱，人類開發、利用該金屬的時間就越早。
二、金屬的冶煉
1、定義：
利用化學反應使金屬元素從化合態變為游離態的過程。
2、原理：
利用氧化還原反應的原理，在一定條件下把金屬化合物還原為金屬單質。
3、實質：
4、冶煉方法：
金屬離子 金屬單質，即Mn＋＋ne－=M。
熱分解法、高溫還原法和電解法等
（一）、熱分解法
適合一些不活潑金屬的冶煉，通過加熱其氧化物使其分解生成金屬單質和氧氣。
1、冶煉銀
2、冶煉汞
2Ag2O = 4Ag + O2 ↑
Δ
2HgO = 2Hg + O2 ↑
Δ
（二）高溫還原法
有C、CO、H2和活潑金屬等。
1、定義：
在高溫下借助還原劑的冶煉方法。
2、原理：
金屬化合物與還原劑在高溫下的反應，把金屬元素從化合態還原為游離態。利用此方法可以制備大部分金屬（如Fe、Zn等）。
3、常用的還原劑:
以赤鐵礦（主要成分為Fe2O3）為例，寫出工業煉鐵過程中涉及的主要反應的化學方程式。并解釋：（1）一氧化碳是怎樣形成的？（2）原料中的石灰石起什么作用？
學以致用
從高爐下方通入熱空氣，原料從高爐上方的傳送帶送入爐中，焦炭先與熱空氣中的氧氣反應生成二氧化碳，并放出大量的熱。
二氧化碳再與灼熱的焦炭反應，生成一氧化碳。
一氧化碳在高溫下將氧化鐵還原為液態的金屬鐵并從高爐下方分離出來。
石灰石作用：除去鐵礦石中的脈石(二氧化硅)
將兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，在其中一個紙漏斗的底部剪一個小孔，用水濕潤，再與另一個紙漏斗套在一起，有孔紙漏斗置于內層（使紙漏斗每邊都有4層），架在鐵架臺的鐵圈上，其下方放置盛有細沙的蒸發皿或鐵盤。
將5 g干燥的氧化鐵粉末和2 g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物的上面加適量氯酸鉀，再在混合物中間插一根鎂條。點燃鎂條，觀察并記錄實驗現象。
觀察思考
實驗現象：
反應原理：
劇烈反應，放出大量熱，生成液態鐵。
鋁熱反應
鋁熱劑
助燃劑
提供熱量，引發劑
1、焊接鋼軌
2、冶煉熔點較高的金屬（如釩、鉻、錳等）
鋁熱反應的應用
分別寫出Al與V2O5、Cr2O3、MnO2反應的化學方程式：
3V2O5+10Al === 6V + 5Al2O3
高溫
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3
高溫
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
高溫
鋁熱劑
（三）、電解法
較活潑的金屬（鈉、鎂、鋁等），一般的還原劑很難將它們從化合物中還原出來，常采用電解熔融化合物的方法來制備這些金屬。
通電
2Al2O3(熔融) == 4Al + 3O2↑
冰晶石
物質 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
熔點/oC 2852 2054 714 190（以分子形式存在）
沸點/oC 3600 2980 1412 180
【思考】已知有關物質的熔沸點數據如下表:
參考上述數據填空和回答問題.
(1)工業上為什么常用電解熔融MgCl2的方法生產金屬鎂,而不用電解MgO的方法生產鎂
(2)工業上為什么常用電解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生產金屬鋁,而不用電解AlCl3的方法生產鋁
因為MgO的熔點遠高于MgCl2，所以電解熔融的MgO需要更多的能量，更高的溫度,成本更高。
從表中可以發現，AlCl3的熔點很低，且沸點比熔點低，易升華;
熔融時不存在離子，不能導電,故不能被電解。
共價化合物
氯化鋁處于熔融態時，
以二聚體的Al2Cl6的形
式存在
鋁的冶煉
鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素（約占地殼總量的7.73%），主要以鋁土礦（主要成分是Al2O3）形式存在。要從鋁土礦中提取鋁，首先要獲得純度較高的氧化鋁。主要的工藝流程如圖9-7所示：
拓展視野
從上述工藝流程可知，鋁土礦與氫氧化鈉溶液混合時，鋁土礦中的Al2O3與NaOH能發生反應，生成可溶于水的偏鋁酸鈉（NaAlO2）。
Al2O3 + 2NaOH=2NaAlO2 + H2O
將反應得到的混合物過濾，除去殘渣，向濾液中通入過量CO2氣體，將其酸化，NaAlO2便轉化為Al(OH)3沉淀析出。
NaAlO2 + CO2 + 2H2O=Al(OH)3↓ + NaHCO3
將Al(OH)3在高溫下灼燒，即可得到Al2O3。但氧化鋁的熔點高達2054 ℃，直接加熱氧化鋁到熔融消耗的能量很大。1886年，美國化學家霍爾（C. M. Hall，1863—1914）在氧化鋁中添加了冰晶石（Na3AlF6），使氧化鋁熔融溫度降低至950 ℃，從而減少了冶煉過程中的能量消耗。
從礦石中提取人們想要的元素大多需要經歷非常復雜的變化過程，其中最關鍵的是根據目標產物選擇合適的化學反應，以實現物質的轉化。冶煉得到的金屬有時仍含有較多雜質，需要經過進一步的精煉提純，以滿足實際使用。在金屬冶煉過程中，必須堅持綠色環保、循環利用、節約成本等原則。
金屬冶煉的一般步驟
富集
冶煉　
精煉
除去雜質，提高礦石中有用成分的含量
利用氧化還原反應原理，在一定條件下，用還原劑把礦石中的金屬離子還原為金屬單質
采用一定的方法，提純金屬
1、下列金屬冶煉原理錯誤的是(　　)
A．2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2 Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4CO 3Fe＋4CO2
D．2HgO Hg＋O2↑
B
2、冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑還原　
　②利用鋁熱反應原理還原　③電解法　④熱分解法
下列金屬各采用哪種方法還原最佳。
(1)、Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬____。
(2)、Na、Mg、Al等活潑或較活金屬____。
(3)、Hg、Ag等不活潑金屬____。
(4)、V、Cr、Mn、W等高熔點金屬____。
①
③
④
②
金屬的冶煉方法
金屬的存在
游離態
化合態
金屬的冶煉
熱分解法
高溫還原法
電解法

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