第一節自然資源的開發利用

第1課時金屬礦物的開發利用

人教版必修第二冊榆次一中

李金虎學習目標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。學習目標1．通過金屬冶煉原理的學習和冶煉方法的歸納，理解氧化還原反應在金屬礦物開發中的應用，構建金屬冶煉的思維模型。培養學生“證據推理和模型認知”的學科素養。2．體會化學在自然資源開發和利用中的意義和作用，解釋化學與可持續發展的重要關系，樹立資源保護意識及合理開發意識。培養學生“科學態度和社會責任”的學科素養。素養目標情境引入自然資源與可持續發展多功能軍工刀高壓鈉燈銅導線鐵鍋不銹鋼鍋鈦合金羽毛球拍鎳合金門鎖鉑合金首飾鈉鉀合金

用途廣泛的金屬材料情境引入情境引入思考與交流：

如果你是一名金屬冶煉工業的技術人員，要進行金屬冶煉，你都會考慮哪些問題呢？

1.生活中常用到哪些金屬？

2.它們在自然界常以什么形態存在？3.金屬冶煉的方法是什么？教學過程一、金屬在自然界中的存在形態鋁鐵隕鐵金鉑礦(3)在地殼中，含量最高的金屬元素是____，其次是____。1.極少數的不活潑金屬(金、鉑等)以游離態的形式存在。教學過程鋁鐵2.絕大多數金屬元素以化合物的形式存在于自然界。(3)在地殼中，含量最高的金屬元素是____，其次是____。黃銅礦(CuFeS2)赤鐵礦(Fe2O3)鋁土礦(Al2O3)軟錳礦(MnO2)鎢錳鐵礦孔雀石[Cu2(OH)2CO3]教學過程二、金屬的冶煉1.定義：用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。2.實質：

Mn+(化合態）得電子，被還原M（游離態）教學過程3.方法：二、金屬的冶煉金屬越不活潑，金屬陽離子的氧化性越強，金屬越容易被還原出來教學過程(1)物理方法——富集法

適用于極不活潑的金屬（如：鉑Pt、金Au

）馬達加斯加街頭淘金者

剛果手工金礦開采思考：沙里淘金的分離原理？《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。

淘金原理：金的密度比沙大，淘去粗沙后得砂金。教學過程(2)熱分解法——適用于不活潑的金屬（Ag、Hg）古代煉丹術士葛洪的《抱樸子》中“丹砂(HgS)燒之成水銀”古法煉汞古法煉銀教學過程?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?！蚶ā秹粝P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?！鳌り懭荨遁膱@雜記》①

銅的冶煉濕法煉銅火法煉銅（3）化學法——熱還原法（大部分活潑金屬）常用還原劑：C、H2

、CO、

活潑金屬教學過程教學過程（3）化學法——熱還原法（大部分活潑金屬）②高爐煉鐵：教學過程③鋁熱法煉鐵教學過程②鋁熱法煉鐵【實驗原理】2Al+Fe2O3====2Fe+Al2O3

高溫思考：鎂條與氯酸鉀的作用是什么？蒸發皿為什么要鋪一層沙子？作為引發劑，提供高溫條件；防止滴落的高溫熔融物使蒸發皿炸裂教學過程

鋁熱反應的實際應用①

冶煉高熔點金屬，如鉻、錳、鎢、釩等②

金屬焊接，如焊接鋼軌3MnO2+4Al

====3Mn+2Al2O3

高溫

高溫Cr2O3+2Al

====2Cr+Al2O3

教學過程(4)電解法——適用于很活潑的金屬（KCaNaMgAl

）①制Na：

。②制Mg：

。③制Al：

。教學過程思考與交流：制備鎂、鋁時，原料為什么選擇MgCl2

、Al2O3，而不選擇MgO、AlCl3？根據信息：提示：AlCl3

是共價化合物教學過程

某地探明有大量鋁土礦（主要成分為Al2O3,還含有Fe2O3等雜質），現你作為該廠特聘人員，協助完成金屬鋁得冶煉：Al2O3(Fe2O3)NaOH溶液過濾NaAlO2CO2過濾Al(OH)3加熱Al2O3電解Al鋁土礦氧化鋁電解鋁凈化精煉鋁錠提純電解教學過程二、合理開發和利用礦物資源（1）資源有限且分布不均

（2）金屬的冶煉消耗許多能量（3）金屬冶煉造成環境污染

（4）金屬腐蝕造成大量損失原

因（1）提高金屬礦物的利用率

（2）開發環保高效的金屬冶煉方法（3）防止金屬的腐蝕

（4）加強廢舊金屬的回收和再利用（5）使用其他材料代替金屬材料措施典例1．從石器、青銅器到鐵器時代，金屬的冶煉體現了人類文明的發展水平。如圖表示了三種金屬被人類開發利用的大致年限，之所以有先后，主要取決于()A．金屬的導電性強弱B．金屬在地殼中的含量多少C．金屬的化合價高低D．金屬的活動性強弱【答案】D【解析】由于人類掌握科學知識的局限性，越活潑的金屬越難以冶煉，故發現年代越晚。課堂練習典例2．下列說法中，正確的是() A．簡單地說，金屬的冶煉就是把金屬單質從其礦物中分離出來B．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬只能被氧化C．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬只能被還原D．金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬既可被氧化，也可被還原【答案】C【解析】金屬冶煉的原理是利用氧化還原反應，把金屬礦物中的金屬陽離子還原成金屬單質，因此，金屬冶煉過程中，被冶煉的金屬只能被還原。課堂練習典例3．下列金屬冶煉原理錯誤的是()【答案】B【解析】Na、Mg通常用電解法制取，Fe用還原劑法制取，Hg可用加熱其化合物的方法制取。Mg的活動性比H2強，H2不能置換出Mg，B項錯。課堂練習典例4．如下圖所示，用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，使四周都有四層。把內層漏斗取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再跟另一紙漏斗套在一起，架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發皿。把5g炒干的氧化鐵粉末和2g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用小木條點燃鎂條。觀察發生的現象。通過以上實驗信息，回答下列問題。(1)寫出該反應的化學方程式：_______________________________________，在該反應中______________是氧化劑，________是還原劑，該反應稱為________反應。(2)選出該實驗的實驗現象：________(填寫在橫線上)。①鎂條劇烈燃燒；②放出大量的熱，并發出耀眼的光芒，火星四射；③紙漏斗的下部被燒穿；④有紅熱狀態的液珠落入蒸發皿內的細沙上，液珠冷卻后變為黑色固體。課堂練習教學過程(3)寫出下列操作或物質的作用：內層紙漏斗底部剪一個孔：_________________________；

蒸發皿盛沙：____________________________；鎂條：____________________________；

氯酸鉀：______________________________________________________________。(4)如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵？

?！敬鸢浮?1)

Fe2O3

Al鋁熱(2)①②③④

(3)使熔融物易于落下防止濺落物炸裂蒸發皿

引燃劑，引起氯酸鉀分解助燃劑，為鎂條繼續燃燒提供氧氣，引發鋁熱反應(4)用磁鐵吸引生成物，磁鐵上有黑色物質被吸附，則證明生成物中有金屬鐵。課堂小結課后小任務啟示1:從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠遠高于回收鋁質飲料罐得到鋁消耗的能量，可知在實際生產過程中必須考慮投入與產出，要考慮成本。啟示2:加強度舊金屬的回收和再利用是合理開發和利用金屬資源的重