3、金属冶炼和金属材料的保护.pptx

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1、鲁科鲁科20032003课标版课标版 主题主题3 3 矿山资源矿山资源 硫酸与无机材料制造硫酸与无机材料制造 课题课题3 3 金属金属冶炼和金属材料的保护冶炼和金属材料的保护(第第1 1课时课时)湖北省襄阳市第三中学湖北省襄阳市第三中学赵盼赵盼教学目标：教学目标：1 1.通过通过金属冶炼原理金属冶炼原理、主要方法的、主要方法的学习，对学习，对金属的化学金属的化学性质、氧化还原反应的知识有进一步了解，对性质、氧化还原反应的知识有进一步了解，对金属冶炼金属冶炼有有初步的认识初步的认识 2 2.以以冶炼铁、铝冶炼铁、铝两种金属方法为例两种金属方法为例，初步，初步了解如何根据了解如何根据金属的化学性质

2、选择不同的金属的化学性质选择不同的冶炼方法冶炼方法，从矿石中制得，从矿石中制得金属金属 3.3.体会体会金属资源、金属材料对人类社会生产的重要作金属资源、金属材料对人类社会生产的重要作用，树立用，树立保护资源、合理利用资源保护资源、合理利用资源的意识。的意识。2023/4/73 法法国国皇皇帝帝拿拿破破仑仑三三世世是是一一个个喜喜欢欢炫炫耀耀自自己己的的人人。他他常常常常大大摆摆宴宴席席，宴宴请请天天下下宾宾客客。每每次次宴宴会会，他他总总是是摆摆出出一一副副高高人人一一等等的的样样子子。餐餐桌桌上上的的用用具具几几乎乎全全是是用用银银制制成成的的，唯唯有有他他自自己己用用的的那那一一个个碗碗

3、却却是是铝铝制制品品。为为什什么么贵贵为为法法国国皇皇帝帝，在在当当时时却却不不用用高高贵贵而而亮亮丽丽的的银银碗碗，而而用用色泽要暗得多的铝碗呢？色泽要暗得多的铝碗呢？思思考考2023/4/74拿破仑与铝碗拿破仑与铝碗100100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯的奖杯铝杯，赠送给门捷列夫。铝杯，赠送给门捷列夫。2023/4/75黄铜矿黄铜矿赤铁矿赤铁矿铝矿铝矿锰矿锰矿钨矿钨矿锌矿锌矿自然界矿物中的金属元素存在形态自然界矿物中的金属元素存在形态?天然

4、金天然金AuAu天然铂天然铂PtPt2023/4/76 在生产和生活中，金属铁的应用十分广泛，在生产和生活中，金属铁的应用十分广泛，但历史上铁的使用比铜晚，你知道是什么原因吗但历史上铁的使用比铜晚，你知道是什么原因吗？2023/4/77C+2CuO =CO2 +2Cu高温高温铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币 铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的的“石器时代石器时代”。在在公公元元前前6000年年到到7000年年左左右右，人人类类开开始始迈迈进进了了象象征征古古代代文文明明开开端端的的“铜器时代铜器时代”。资料卡片资料卡片Cu2(O

5、H)2CO3 2CuO +H2O +CO2 孔雀石孔雀石2023/4/78 人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达的，陨石中含铁量高达90%以上。以上。古代阿拉伯人曾传说古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁里变成了黑色的铁”。济济 南南 陨陨 铁铁新新 疆疆 陨陨 铁铁南南极极洲洲陨陨铁铁2023/4/79一、一、怎样由矿石制取金属？怎样由矿石制取金属？人们日常应用的金属材料，多为人们日常应用的金属材料，多为合合金金或或纯金属纯金属，这就需要把，这就需要把金属金属从从矿石矿石中中提提炼炼出来，这就是人

6、们常说的金属的出来，这就是人们常说的金属的冶炼冶炼。1.1.金属冶炼的金属冶炼的实质实质 利用利用氧化还原反应氧化还原反应，使金属化合，使金属化合物中的金属阳离子物中的金属阳离子得到电子得到电子变成金属原变成金属原子。即：子。即：Mn+ne-M想一想想一想:要使金属矿物转化为金属要使金属矿物转化为金属单质单质,金属元素的化合价如何变化金属元素的化合价如何变化,发生什么反应发生什么反应?2023/4/710结论结论：金金属属位位置置越越靠靠后后，越越易易被被还还原原，用用一一般般的的还原方法即可；还原方法即可；金金属属位位置置越越靠靠前前，越越难难被被还还原原，要要用用较较强的还原手段来还原强的

7、还原手段来还原金属活动性顺序金属活动性顺序金属活动性顺序金属活动性顺序大约大约100100多年前多年前大约大约25002500年前年前大约4000年前K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au2023/4/711金属活动性顺序金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au金属活动性由强逐渐减弱金属活动性由强逐渐减弱(1)(1)热分解法热分解法(2)(2)热还原法热还原法(3)(3)电解法电解法2.2.金属金属冶炼的方法的选择冶炼的方法的选择快速阅读快速阅读课本课本58595859页页内容，找出金属内容

8、，找出金属冶炼有多少种方法，分别是什么？适用冶炼有多少种方法，分别是什么？适用于金属活动顺序表中的哪些金属于金属活动顺序表中的哪些金属?2023/4/712（1）热分解法）热分解法练习练习:写出写出HgO、Ag2O受热分解的化学方程式受热分解的化学方程式（适用（适用HgHg及其以后的不活泼金属）及其以后的不活泼金属）K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgHg Ag2Hg gO 2Hg g+O22Ag g2O 4Ag g+O22023/4/713（2）热还原法）热还原法 适用于金属活动性顺序表中的适用于金属活动性顺序表中的中中间的多数金属间的多数金属。它是金属冶

9、炼的。它是金属冶炼的常用常用方法。方法。常用的常用的还原剂还原剂有：有：活泼金属活泼金属、CO、H2、C(焦炭焦炭)K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgZn Fe Sn Pb(H)Cu2023/4/714碳单质还原氧化铜：碳单质还原氧化铜：CuOCuOC C=Cu=CuCOCO一氧化碳还原氧化铁一氧化碳还原氧化铁：Fe Fe2 2O O3 33CO3CO=2Fe=2Fe3CO3CO2 2镁还原四氯化钛：镁还原四氯化钛：TiClTiCl4 42Mg2Mg=Ti=Ti2MgCl2MgCl2 2氢气还原三氧化钨：氢气还原三氧化钨：WOWO3 33H3H2 2 =W

10、=W3H3H2 2OO高温高温高温高温2023/4/715活泼金属作活泼金属作还原剂：还原剂：铝铝热反应热反应2023/4/7162Al+Fe2Al+Fe2 2OO3 3 2Fe+Al2Fe+Al2 2OO3 3高温高温反反应应现现象象：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，发发出出耀耀眼眼的的白白光光，纸纸漏漏斗斗内内剧剧烈烈反反应应，纸纸漏漏斗斗被被烧烧穿穿，有熔融物落入沙中，沙子上落有黑色铁珠。有熔融物落入沙中，沙子上落有黑色铁珠。铝热剂：铝热剂：铝与氧化铁的混合物铝与氧化铁的混合物镁条为镁条为引燃剂引燃剂氯酸钾为氯酸钾为助燃剂助燃剂2023/4/717铝铝热热反反应应的的应应用用 铝热反应的原理可

11、以应用在生产上，如用于焊接钢轨。铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钴、铬、锰等。反应，冶炼钴、铬、锰等。2023/4/718请写出请写出MnOMnO2 2、CrCr2 2O O3 3分别与分别与AlAl反应的化学反应的化学方程式。方程式。结论：结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。一些活泼的金属也可作还原剂。铝某些金属氧化物铝

12、某些金属氧化物 AlAl2 2OO3 3金属金属高温高温3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温2023/4/719电解法电解法 在金属活动性顺序中，在金属活动性顺序中，K、Na、Ca、Al 等几种等几种金属的金属的还原性很强还原性很强，这些金属的阳离子，这些金属的阳离子难得电子难得电子，因，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用来，而只能用通电通电分解其分解其熔融盐熔融盐或或氧化物氧化物的方法来冶的方法来冶炼。炼。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)C

13、u Hg Ag Pt AuK Ca Na Mg Al2023/4/7202NaCl(2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl 2Na+Cl2 2 电解电解2023/4/721镁在地壳中含量只有铝镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价矿物质中获取镁，代价比铝更高。比铝更高。海洋中含有大量的氯化海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦镁，海水又咸又苦。咸是因为含有氯化钠，咸是因为含有氯化钠，苦是因为含有氯化镁苦是因为含有氯化镁，同样道理，粗盐易潮同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化多的氯化镁

14、，而氯化镁易吸水。镁易吸水。据估算，假如每年从海水中提取据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁再过亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到降低到0.12%，即只减少了万分之一。，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。可谓取之不尽，用之不竭。MgCl2 Mg+Cl2电解电解(熔融熔融)2023/4/722古代中国劳动人民用木炭炼铁古代中国劳动人民用木炭炼铁 我国我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国在西汉初古代炼铁工业长期领先于世界，我国在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁

15、，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。才掌握这一技术。2023/4/723Fe2O33CO 2Fe3CO2高温高温二、高炉炼铁二、高炉炼铁2023/4/7242023/4/725 由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。珠宝店的高档货。三三、电解法

16、炼铝、电解法炼铝2023/4/726 自从自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3，当然，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，铝还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。的价格也一降千丈，走入千家万户。铝土矿铝土矿与与NaOHNaOH溶液在高温下反应溶液在高温下反应：Al Al2 2O O3 33H3H2 2O O2NaOH2NaOH=2NaAl(OH)=2

17、NaAl(OH)4 4 降温析出降温析出Al(OH)Al(OH)3 3晶体晶体：NaAl(OH)NaAl(OH)4 4=Al(OH)=Al(OH)3 3NaOHNaOH高温煅烧获得氧化铝：高温煅烧获得氧化铝：2Al(OH)2Al(OH)3 3=AlAl2 2OO3 33H3H2 2OO（1）氧化铝的生产）氧化铝的生产2023/4/7282Al2O3 4Al +3O2电解电解(熔融熔融)冰晶石冰晶石（2）电解氧化铝）电解氧化铝2023/4/729 今天铝的产量仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文今天铝的产量仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为明不可缺少的金属，铝在工

18、业上被称为“钢精钢精”，因为，因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗1111号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占75%75%左右，左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体内，每注意：正常人的人体内，每70公斤体重约含公斤体重约含61毫克铝。毫

19、克铝。铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。2023/4/730 以以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消耗铝土矿超万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会过一亿吨，如果照此发展下去，地球上

20、的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95以以上的能源消耗。上的能源消耗。2023/4/731据有关资料统计，据有关资料统计，每每生生

21、产产一一吨吨原原铝铝锭锭需需要要消消耗耗能能源源213.2TJ(213.2TJ(电电能能约约占占8282)，而而生生产产一一吨吨再再生生铝铝合合金金锭锭所所需需能能源源消消耗耗为为5.5TJ5.5TJ(燃燃料料约约占占8080)，仅仅为为原原铝铝锭锭生生产产能能源源消消耗耗的的2.62.6，优优势势比比较较明明显显。由由于于铝铝可可以以反反复复循循环环使使用用，从从再再生生铝铝废废料料中中再再生生产产铝铝，其其节节能能效效果果更更加加显显著著。另另外外，再再生生铝铝生生产产中中二二氧氧化化碳碳的的产产生生量量和和排排放放量量与与原原铝铝生生产产相相比比，大大为为减减少少。有有资资料料统统计计，

22、再再生生铝铝生生产产可可比比用用水水电电生生产产原原铝铝减减少少二二氧氧化化碳碳排排放放量量91%91%，比比用用燃燃油油发发电电减减少少二二氧氧化化碳碳排排放放量量9797以以上上，比比用用煤煤发发电电减减少少的的二二氧氧化化碳碳排排放放量量更更多多，环环保保效效益益十十分显著。分显著。2023/4/732合理开发和利用矿物资源，主要途径有：合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1 1、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2 2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3 3、加强金属资源的回收和再利用、加强金属资源的回收和再利用4 4、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料 20

23、23/4/733金属的回收和环境保护金属的回收和环境保护回收金属的意义：回收金属的意义：（1 1）节约矿物资源（）节约矿物资源（2 2）节约能源（）节约能源（3 3）减少环境污染）减少环境污染金属铝的回收与利用金属铝的回收与利用2023/4/734表表4-1 4-1 常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理金属金属冶炼原理冶炼原理FeFeFeFe2 2OO3 3+3CO=2Fe+3CO+3CO=2Fe+3CO2 2(高炉炼铁高炉炼铁)FeFe2 2OO3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3(铝热法炼铁铝热法炼铁)高温高温高温高温CuCuCuCu2 2S+OS+O2 2

24、=2Cu+SO=2Cu+SO2 2(火法炼铜火法炼铜)Fe+CuSOFe+CuSO4 4=FeSO=FeSO4 4+Cu(+Cu(湿法炼铜湿法炼铜)高温高温MgMgMgO+C=Mg+COMgO+C=Mg+COMgClMgCl2 2(熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2高温高温AlAl2Al2Al2 2O O3 3(熔融熔融)=4Al+3O)=4Al+3O2 2电解电解冰晶石冰晶石NaNa2NaCl(2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl)=2Na+Cl2 2电解电解电解电解2023/4/735K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt AuK Ca Na

25、 Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au金属金属单质单质的的还原性还原性减弱，金属减弱，金属离子离子的的氧化性氧化性增强增强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理提取法物理提取法金属活动性顺序与金属的冶炼方法金属活动性顺序与金属的冶炼方法小小 结结(1)(1)为什么不同的金属的冶炼方法不同为什么不同的金属的冶炼方法不同?(2)(2)为什么人类使用铁器比使用铜器晚为什么人类使用铁器比使用铜器晚?2023/4/7361.1.下列下列各种冶炼方法中，可以制各种冶炼方法中，可以制得相应金属得相应金属的的是（是（）A.A.加加热氧化铝热氧化铝 B.B.加热加热碳酸

26、钙碳酸钙C.C.电解电解熔融氯化钠熔融氯化钠 D.D.氯化钠氯化钠与铝粉高温共热与铝粉高温共热2.2.根据根据金属在金属活动顺序表中的位置金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：NaNa ZnZn HgHg Au C C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法2023/4/7373.金属金属冶炼的目的是冶炼的目的是 （）A.A.把把金属化合物还原为金属单质金属化合物还原为金属单质 B.B.除去除去金属中的杂质金属中的杂质C.C.把把金属单质变为氧化物金属单质变为氧化物 D.D.把把电能转变为化学能电能转变为化学能4.工业工业上常采用电解法冶炼的金属上常采用电解法冶炼的金属是是 （）A.Fe B.Cu C.Al D.AgA.Fe B.Cu C.Al D.Ag5.宋代宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种苦时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅，这泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程式：是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程式：。AC FeCu2+CuFe2+