第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開(kāi)發(fā)和利用第1課時(shí)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用教學(xué)目標(biāo)1、通過(guò)金屬冶煉原理的學(xué)習(xí)和冶煉方法的歸納，理解氧化還原反應(yīng)在金屬礦物開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，構(gòu)建金屬冶煉的思維模型。2、認(rèn)識(shí)合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源的重要性和必要性。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：金屬冶煉原理。難點(diǎn)：金屬活潑性與金屬冶煉方法的關(guān)系。1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？3.金屬冶煉指什么？4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？6、鋁熱反應(yīng)？3min閱讀課本P98—99，完成下列問(wèn)題：1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？土地與土壤資源礦產(chǎn)資源生物資源水資源能源資源環(huán)境資源自然資源經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展可再生資源不可再生資源植物、微生物、可降解塑料袋、水資源、地?zé)豳Y源等金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)(煤、石油、天然氣、土壤等)、核能等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？黃銅礦CuFe黃鐵礦FeS2赤鐵礦Fe2O3鋁土礦Al2O3閃鋅礦ZnS孔雀石Cu2(OH)2CO3鋁土礦Al2O3菱鎂礦MgCO3金鉑隕鐵游離態(tài)化合態(tài)

金屬礦物是如何開(kāi)發(fā)利用的呢？3.金屬冶煉指什么？將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)的過(guò)程，工業(yè)上稱(chēng)之為金屬的冶煉。化合物M（被還原）Mn++ne-單質(zhì)物質(zhì)類(lèi)別元素價(jià)態(tài)金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)的過(guò)程如何從金屬礦物中提煉金屬呢？試從氧化還原的角度分析。青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代近現(xiàn)代公元前6000年—Cu公元前4500年—Au公元前1000年—Ag公元前500年—Fe公元前500年—Zn1792年—Mg1807年—Na1827年—Al思考：分析推測(cè)人類(lèi)發(fā)現(xiàn)和使用金屬材料受哪些因素的影響？為什么？Mn+氧化性越強(qiáng)M對(duì)應(yīng)還原性越弱越活潑得金屬越難冶煉越不活潑得金屬越容易冶煉KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAg

PtAu金屬活動(dòng)性逐漸減弱K+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+(H)Cu2+

Hg2+Ag+

Pt2+Au+金屬離子的氧化性逐漸減弱需要的還原方法越困難4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？不活潑的金屬K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au非常活潑的金屬中等活潑的金屬金屬越不活潑，金屬陽(yáng)離子的氧化性越

，金屬越

被還原出來(lái)強(qiáng)易(強(qiáng)或弱)(難或易)金屬的冶煉方法1、物理方法：富集法KCaNaMg

Al︱ZnFeSnPb(H)Cu︱

HgAg︱PtAu《浪淘沙》-劉禹錫千淘萬(wàn)漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來(lái)。直接開(kāi)采富集法①熱分解法KCaNaMg

Al︱ZnFeSnPb(H)Cu︱

HgAg︱PtAu熱分解法富集法古代煉丹術(shù)家葛洪，曾經(jīng)在他的著作《抱樸子》中記載有“丹砂燒之成水銀”。HgS=Hg+S2HgO=2Hg+O2↑2Ag2O=4Ag+O2↑金屬的冶煉方法2、化學(xué)方法金屬的冶煉方法2、化學(xué)方法熱還原法KCaNaMg

Al︱ZnFeSnPb(H)Cu︱

HgAg︱PtAu熱分解法富集法熱還原法常用的還原劑一般選用C、CO、H2及較活潑金屬如Al等初中已經(jīng)學(xué)過(guò)的高爐煉鐵和氫氣還原氧化銅。Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高溫CuO+H2=Cu+H2O高溫鋁熱反應(yīng)：Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe高溫鋁熱反應(yīng)：Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe高溫金屬的冶煉方法——鋁熱反應(yīng)Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3高溫反應(yīng)原理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1、鎂條劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光2、漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，火星四射3、紙漏斗的下部被燒穿，有紅熱熔融物落入沙中，冷卻后變?yōu)楹谏腆w【問(wèn)題1】鋁熱反應(yīng)需要高溫條件，為什么裝置中沒(méi)有用于持續(xù)加熱的設(shè)備？鋁熱反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱可以維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，因此不需要持續(xù)加熱。【問(wèn)題2】在實(shí)驗(yàn)中，鎂條、氯酸鉀的作用是什么？引發(fā)反應(yīng)的操作是什么？鎂條是引燃劑，氯酸鉀為助燃劑；點(diǎn)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(shí)間內(nèi)放出更多熱量，從而引發(fā)Al和Fe2O3發(fā)生反應(yīng)。【問(wèn)題3】在實(shí)驗(yàn)中，細(xì)沙的作用是什么？蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量，既要防止蒸發(fā)皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人。【問(wèn)題4】鋁熱反應(yīng)可用于冶煉哪些金屬？能否用于制備N(xiāo)a、Mg等金屬？鋁熱反應(yīng)常用于冶煉鐵、釩、鉻、錳等高熔點(diǎn)金屬。不能制備N(xiāo)a、Mg等活動(dòng)性強(qiáng)于Al的金屬。鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用a、用于焊接火車(chē)鐵軌b、冶煉難熔金屬，如釩、鉻、錳【思考】請(qǐng)書(shū)寫(xiě)以MnO2、Cr2O3、V2O5為原料，利用鋁熱反應(yīng)冶煉金屬的化學(xué)方程式。4Al＋3MnO2===3Mn＋2Al2O3高溫2Al＋Cr2O3===2Cr＋Al2O3高溫10Al＋3V2O5===6V＋5Al2O3高溫③電解法：適用于非常活潑的金屬冶煉KCaNaMg

Al︱ZnFeSnPb(H)Cu︱

HgAg︱PtAu熱分解法富集法熱還原法電解法Na：

Mg:

Al:

2NaCl(熔融)=2Na＋Cl2↑電解MgCl2(熔融)=Mg＋Cl2↑電解2Al2O3(熔融)=4Al＋3O2↑冰晶石電解能否用MgO？能否用AlCl3？金屬的冶煉方法2、化學(xué)方法能否用NaCl水溶液3、其他金屬的冶煉方法濕法煉銅信州鉛山縣有苦泉，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(mèng)溪筆談》西漢《淮南萬(wàn)畢術(shù)》有“曾青得鐵，則化為銅”的記載。Fe+CuSO4=FeSO4+Cu用礦(硫化礦，主要成分為Cu2S)二百五十籮……入大旋風(fēng)爐，連烹(灼燒)三日三夜，方見(jiàn)成銅。——明·陸容《菽園雜記》火法煉銅Cu2S+O2=2Cu+SO2金屬的冶煉方法P99【思考與討論】計(jì)算表明，生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J，回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比，你想到了什么？請(qǐng)將你的想法和同學(xué)交流。金屬的回收和資源保護(hù)⑴節(jié)約礦物資源；⑵節(jié)約能源；⑶減少環(huán)境污染。大多可以重新制成金屬及其化合物再利用(1)_________________________；(2)開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法；(3)________________________；（4)_______________________________；(5)使用其他材料代替金屬材料。提高金屬礦物的利用率防止金屬的腐蝕加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用（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(huán)境污染（4）金屬腐蝕造成大量損失1.原因：2.措施：為什么要合理開(kāi)發(fā)和利用金屬礦物資源？如何有效利用金屬礦物?【當(dāng)堂檢測(cè)】1、下列冶煉方法中，可將化合物中的金屬元素還原為金屬單質(zhì)的是（）A、加熱Al2O3B、加熱CaCO3C、電解熔融NaClD、氯化鈉與鋁粉高溫共熱C【當(dāng)堂檢測(cè)】2、鋁熱反應(yīng)有廣泛用途，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．鋁熱反應(yīng)的能量變化可用圖2表示B．Fe2O3和鋁粉的混合物被稱(chēng)為鋁熱劑C．鋁熱反應(yīng)只能用于冶煉鐵、錳、鉻、鎂等熔點(diǎn)較高的金屬D．鋁熱反應(yīng)可用于焊接鐵軌，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al＋Fe2O3=2Fe＋Al2O3C【當(dāng)堂檢測(cè)】3、下列冶煉方法中，可將化合物中的金屬元素還原為金屬單質(zhì)的是（）A、加熱Al2O3B、加熱CaCO3C、電解熔融NaClD、氯化鈉與鋁粉高溫共熱C【當(dāng)堂檢測(cè)】4、下列說(shuō)法不正確的是（）A．自然界中存在游離態(tài)的金屬單質(zhì)B．金屬活動(dòng)性不同，冶煉方法也有所不同C．地球上金屬礦物資源是取之不盡的，因此，應(yīng)加大開(kāi)采金屬礦物的速度，以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要D．廢舊金屬的回收利用，有利于環(huán)境保護(hù)C1、熱分解法—金屬活動(dòng)性順序表中氫以后的金屬2HgO==Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫高溫CuO+H2===Cu+H2O高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O33、電解法電解2NaCl====2Na+Cl2↑高溫2CuO+C===2Cu+CO2

↑2、熱還原法—大多數(shù)金屬（活動(dòng)性介于Zn-Cu的金屬常見(jiàn)還原劑：焦碳、CO、H2、活潑金屬Al等電解2Al2O3（熔融）====4Al+3O2↑冰晶石（鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等活潑金屬的冶煉）總結(jié)：金屬冶煉的一般方法:【拓展】從鋁土礦制備鋁的工藝流程：鋁土礦氫氧化鈉溶液溶解、過(guò)濾殘?jiān)鼮V液二氧化碳酸化、過(guò)濾殘?jiān)鼮V液Al2O3灼燒鋁冰晶石熔融電解Al(OH)3N