【高中化学】自然资源的开发利用（1） 2022-2023学年高一化学（人教版2019必修第二册）.pptx

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1、第一节 自然资源的开发利用第1课时第八章 化学与可持续发展 知 识 导 航21 本节重点本节难点不同金属的冶炼方法金属矿物的开发利用新课导入炉火照天地，红星乱紫烟 炉火照天地，红星乱紫烟诗 句 描 述 了 铜 官 山 脚 下，冶 铜 工 人 在 熊 诗 句 描 述 了 铜 官 山 脚 下，冶 铜 工 人 在 熊熊 的 炉 火，火 舌 窜 动 中，炼 铜 的 场 景 熊 的 炉 火，火 舌 窜 动 中，炼 铜 的 场 景那 那 么 么，如 如 何 何 从 从 金 金 属 属 矿 矿 石 石 中 中 得 得 到 到 我 我 们 们 想 想 要 要 的 的 金 金 属 属 呢 呢？知 识 梳 理地

2、球 上 的 金 属 资 源 广 泛 存 在 于 地 壳 和 海 洋 中，除 少 数 很 不 活 泼 的 金 属 如 金 银 等 有 单 质形式存在外，其余都以化合物的形式存在。以单质形式存在的金属金 Au 银 Ag 铂 Ptl 金属元素在自然界中的存在形态知 识 梳 理以化合物形式存在 铁赤铁矿Fe2O3 菱铁矿FeCO3磁铁矿Fe3O4黄铁矿FeS2l 金属元素在自然界中的存在形态知 识 梳 理以化合物形式存在 铜黄铜矿CuFeS2辉铜矿Cu2S 孔雀石Cu2(OH)2CO3l 金属元素在自然界中的存在形态知 识 梳 理以化合物形式存在 铝铝土矿Al2O3 明矾石KAl(SO4)12H2Ol

3、 金属元素在自然界中的存在形态知 识 梳 理请同学们回顾所学过金属冶炼的方法？火法炼铁 湿法炼铜3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2高温Fe+CuSO4 Cu+FeSO4知 识 梳 理是 不 是 所 有 的 金 属 都 可 以 用这两种金属的冶炼方法呢？知 识 梳 理马踏飞燕 沧州铁狮子 铝制厨具 合金汽车l 金属材料的发展和应用青铜时代 青铜时代 铁器时代 铁器时代 铝器时代 铝器时代 合金时代 合金时代人类使用金属材料的先后顺序(可能改名为铜奔马)知 识 梳 理法国皇帝拿破仑三世1860年 拿 破 仑 三 世 请 各 国 国 王 和 贵 族 吃 饭。拿 破 仑 三 世 为 这 些贵 宾，准

4、 备 了 精 美 异 常 的 金 银 餐 具。奇 怪 的 是，皇 帝 拿 破 仑 三 世 自己则用一套，貌不惊人的铝制餐具。当 然 这 并 不 是 拿 破 仑 三 世 简 朴 的 作 风，而 是 古 代 甚 至 近 代，提炼 铝 的 难 度 非 常 大，工 匠 很 难 分 离 出 纯 铝。直 至1825年，电 学 化 学专家奥斯特发明了化学方法，才能分离出金属铝在 以 后 的 一 段 时 期 里，铝 是 帝 王 贵 族 们 享 用 的 珍 宝。泰 国 国 王 使 用过 铝 制 表 链。1889 年，门 捷 列 夫 还 曾 得 到 伦 敦 化 学 会 赠 送 的 铝 合 金 制 成的花瓶和杯子。

5、知 识 梳 理l 金属材料的发展和应用01 02 03n 现阶段铁年产量最大铝年产量第二 铜年产量第三知 识 梳 理如 何 才 能 从 铝 矿 石中 冶 炼 出 铝 单 质 呢？知 识 梳 理最早冶炼出铝的科学家丹麦科学家汉斯 克里斯蒂安 奥斯特1825年，奥 斯 特 将 氯 气 通 过 红 热 的 木 炭 和 铝 土(主 要 成 分 是氧 化 铝)的 混 合 物 制 出 氯 化 铝，然 后 通 过 钾 汞 齐 与 氯 化 铝 的 作用，生 成“铝 汞 齐”。在 隔 绝 空 气 的 情 况 下 将“铝 汞 齐”中 的汞蒸发掉，得到了含有杂质的铝，且产量极低。知 识 梳 理德国化学家弗里德里希

6、维勒1854年，法 国 化 学 家 德 维 尔 把 铝 矾 土、木 炭、食 盐 混 合，通 过 氯 气 加 热，等 等 手 段，才 第 一 次 分 离 出 高 纯 度 的 铝，他 提炼 出 来 的 铝 是 颗 粒 状 的，大 小 没 超 过 一 个 针 头。他 用 了18年 时间坚持实验，终于提炼出了一块致密的铝块。最初分离出金属铝的化学家知 识 梳 理1886年2月 的 一 天，他 把 铁 矾 土 融 进 冰 晶 石 里，并 进 行 电 解实 验。为 了 降 低 冰 晶 石 的 熔 点，他 加 了 少 量 的 氯 化 钙，最 终 制得 纯 度 达98%以 上 的 铝，一 个 多 月 后，在

7、大 洋 彼 岸 的 法 国，学生 保 尔 特 埃 罗 用 相 似 的 方 法，同 样 制 得 纯 度 达98%的 铝，使得铝量产。美国奥伯林学院化学系查尔斯 马丁 霍尔铝开始走进引工业界的视线知 识 梳 理电解炼铝法的流程具体是什么样的呢？知 识 梳 理铝的生产原理l 金属矿物的开发利用示意图铝土矿提纯氧化铝萤石制备冰晶石石油焦沥青焦制备碳素电极电解液态铝 铝锭氧 化 铝 的 熔 点 高(2050)，加 入 冰 晶 石(Na3AlF6)能 够 溶 解 氧 化 铝 而 又 能 降 低 其 熔 点，而 且 冰晶石在电解温度下不被分解，并有足够的流动性，有利于进行电解。知 识 梳 理铝土矿中提取铝工

8、艺路线l 金属矿物的开发利用途径一Al2O3Fe2O3SiO2Al3+、Fe3+Fe(OH)3AlO2-Al(OH)3加HCl 后过滤SiO2Al2O3加NaOH 后过滤过量CO2灼烧电解AlAl2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2OFeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaClHCl+NaOH=NaCl+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2ONaAlO2+H2O+CO2=Al(OH)3+NaHCO3NaOH+CO2=NaHCO3Al(OH)3 Al2O3+3H2O加热Al2O3(熔融)4Al+3O2电解知 识 梳 理

9、铝土矿中提取铝工艺路线l 金属矿物的开发利用途径一 问题探讨l 不是NaHCO3而是Na2CO3。l 不 能，原 因 是Al3+与 过 量 氨 水 反 应 生 成Al(OH)3沉 淀，达 不 到 分 离Al3+、Fe3+的目的。能否用氨水代替NaOH 溶液?探讨一探讨二若将CO的量改为“少量”，得到的产物还是NaHCO3吗?知 识 梳 理铝土矿中提取铝工艺路线l 金属矿物的开发利用途径二Al2O3Fe2O3SiO2AlO2-、SiO3-H2SiO3Al3+Al(OH)3NH3H2O加NaOH 后过滤Fe2O3Al2O3加HCl 后过滤灼烧电解AlAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OS

10、iO2+2NaOH=NaSiO3+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaClNaAlO2+4HCl=NaCl+AlCl3+2H2ONaOH+HCl=NaCl+H2OAlCl3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4ClHCl+NH3H2O=NH4Cl+H OAl(OH)3 Al2O3+3H2O加热Al2O3(熔融)4Al+3O2电解知 识 梳 理铝土矿中提取铝工艺路线l 金属矿物的开发利用途径一 问题探讨l 不合适，因为Al(OH)3能溶于NaOH。l 不 合 适，因 为 过 量 CO2与 NaAlO2、Na2SiO3反 应 生 成 Al(OH)3和H2SiO3沉淀，达不到分离

11、SiO2和Al2O3的目的。能否将将盐酸改为CO2?探讨一探讨二将氨水改为“NaOH 溶液”合适吗?l AlCl3是共价化合物，其熔融状态不导电，不能电解制铝。探讨三冶炼金属铝能否用氯化铝代替氧化铝?知 识 梳 理试从能源消耗和环境污染两个角度分析加强废旧金属回收利用的重要性废旧铝质饮料罐液态铝铝锭高温熔化除杂以 废 旧 饮 料 罐 生 产1 kg 铝 消 耗 资 源 及 能 耗 废 旧饮料罐1.01 kg，电能能耗3.35106 J以铝土矿为原料生产1 kg 铝的资源及能耗铝土矿：4 kg 煤：0.5 kg 燃料油：0.25 kg纯碱：0.5 kg 石灰：0.5 kg 氟化钙：0.04 kg

12、焙烧碳素：0.6 kg 冰晶石：0.03 kg电能能耗6.7107 J用 铝 土 矿 生 产 铝，能 耗 高，资 源 消 耗量 大，在 生 产 过 程 中 会 产 生 大 量 的 废气、废 液 及 废 渣，对 大 气 水 体 及 土 壤会产生很大污染；而 用 废 旧 饮 料 罐 生 产 铝，能 耗 低，资源 消 耗 量 小，对 环 境 污 染 很 小，变 废为 宝，既 可 以 减 少 废 旧 金 属 对 环 境 的污 染 还 可 以 提 高 矿 物 有 效 利 用 率，是可持续发展的必然要求。知 识 梳 理是 不 是 所 有 的 金 属 都 可 以 用这两种金属的冶炼方法呢？l 结 合 人 类

13、 使 用 金 属 材 料 的 先 后 顺 序，不 同得到金属其冶炼方法是不同的。知 识 梳 理l 金属矿物的开发利用表示方法Mn ne=M化 学 要 研 究 如 何 合 理、高 效 地 开 发 利 用 这 些 金 属 矿 物，将 其 中 的 金 属 从 其 化 合 物 中 还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼金属冶炼原理与实质根 据 金 属 活 泼 性 的 不 同，金 属 活 泼 性 不 同，将 其 由 化 合 态 还 原 为 游 离 态 的 难 易 程 度 不同，工业上则采用不同的冶炼方法进行冶炼。知 识 梳 理金属冶炼的一般方法l 金属矿物的开发利用电解法2NaC

14、l(熔融)2Na Cl2电解MgCl2(熔融)Mg Cl2电解2Al2O3(熔融)4Al3O2电解冰晶石金属钠冶炼 金属镁冶炼 金属铝冶炼知 识 梳 理金属冶炼的一般方法l 金属矿物的开发利用热分解法金属汞冶炼 金属银冶炼加热2HgO 2Hg O2加热2Ag2O 4AgO2知 识 梳 理金属冶炼的一般方法l 金属矿物的开发利用热还原法金属铜冶炼 金属铁冶炼加热CuO H2 Cu H2O Fe2O33CO 2Fe 3CO2高温2AlFe2O3 2Fe Al2O3高温金属铝冶炼铝热反应知 识 梳 理金属冶炼的一般方法l 金属矿物的开发利用其他方法金属铜冶炼 金属铝冶炼火法炼铜湿法炼铜Fe CuSO

15、4 FeSO4CuCu2S O2 2Cu SO2加热知 识 梳 理金属冶炼的一般方法l 金属矿物的开发利用归纳总结l 热还原法适 用 于 金 属 活 动 性 比 较 强，在 常 见 金 属 活 动 性 顺 序 中居于中间区域(ZnCu)l 电解法一 般 用 于 金 属 活 动 性 顺 序中铝及铝以前的金属冶炼l 热分解法适 用 于 金 属 活 动 性 弱 的，在 常见金属活动性顺序的右端区域l 物理提取其 密 度 很 大，用 多 次淘 洗 法 去 掉 矿 粒，泥沙等杂质，便可得到 钾 钙 钠 镁 铝 锌 铁 锡 铅(氢)铜 汞 银 铂 金K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)

16、Cu Hg Ag Pt Au 知 识 梳 理l 合理开发和利用金属矿物资源地球上的金属矿物资源是有限的，且分布不均。人 类 通 过 金 属 的 冶 炼，每 年 从 自 然 界 中 提 取 数 以 亿 吨 计 的 金 属，这 个 过 程 中 会 消 耗 许多能量，也易造成环境污染。而金属腐蚀现象普遍存在，也造成了大量损失。金属保护刻不容缓知 识 梳 理l 合理开发和利用金属矿物资源主要途径提高金属矿物的利用率途径一开发环保高效的金属冶炼方法途径二防止金属的腐蚀途径三加强废旧金属的回收和再利用途径四使用其他材料代替金属材料途径五拓 展 延 伸铑 极 其 稀 有，铑 具 有 高 熔 点 和 惊 人

17、的 耐 腐 蚀 能 力。这 种 银 色 属 通 常 因 为 其 反 射 特 性 被 使 用。如今，它的价格大约是黄金的四倍。l 特征：银白色，坚硬，耐腐蚀l 生产国：南非，俄罗斯，加拿大和其他生产国l 用 途：这 种 金 属 通 常 用 干 照 明 行 业，镜 子 生 产；在 汽 车 行 业 中，用 作 催 化 剂，前 照 灯 反 射 器 它也被称为珠宝，特别是“白金”的抗刮擦饰面。世界上最昂贵的贵金属金属铑随 堂 演 练1.工业上常用电解法冶炼的金属为()A.镁 B.铁 C.铜 D.银A2.已 知 一 些 金 属 的 发 现 和 使 用 与 其 金 属 活 动 性 有 着 必 然 的 联 系

18、。据 此 推 测，下 列 事件发生在铁器时代之前的是()A.金属钠的使用 B.青铜器的大量使用C.海水提镁 D.铝热法制铬B随 堂 演 练3.铝能用于冶炼熔点高的金属(如V、Cr、Mn等)，用到的铝的性质是()A.银白色金属B.熔、沸点相对较低C.导电、导热性能好D.还原性强，在反应中释放出大量的热D4.下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是()A.K、Mg B.Fe、AlC.Fe、Cu D.Hg、AgC知 识 梳 理5.利 用 铝 热 反 应 可 以 在 野 外 焊 接 大 截 面 的 钢 轨，其 原 理 为2AlFe2O3 Al2O32Fe，某小组用如图所示仪器及试剂探究

19、铝热反应。其实验现象记录如下：剧 烈 反 应，火 星 四 射。放 出 大 量 的 热，纸 漏 斗 下 端 被烧 穿，有 红 热 熔 融 物 落 入 细 沙 上，冷 却 后 变 为 黑 色 固 体。根据以上描述，回答以下问题：高温(1)铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？l 铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。(2)实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？l 镁 条 是 引 燃 剂，氯 酸 钾 为 助 燃 剂，点 燃 镁 条，促 使 氯 酸 钾 分 解，释 放 出 氧 气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发

20、生反应。知 识 梳 理5.利 用 铝 热 反 应 可 以 在 野 外 焊 接 大 截 面 的 钢 轨，其 原 理 为2AlFe2O3 Al2O32Fe，某小组用如图所示仪器及试剂探究铝热反应。其实验现象记录如下：剧 烈 反 应，火 星 四 射。放 出 大 量 的 热，纸 漏 斗 下 端 被烧 穿，有 红 热 熔 融 物 落 入 细 沙 上，冷 却 后 变 为 黑 色 固 体。根据以上描述，回答以下问题：高温(3)蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？l 一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。(4)据反应原理，Fe2O3和Al的质量比为多少最好？l 为保证Fe2O3和Al都反应完全，两者质量比控制在31为最好。l m(Fe2O3)m(Al)160(227)31课 堂 小 结第一节自然资源的开发利用第1课时游离态金属元素在自然界中的存在形态化合态人类使用金属材料的先后顺序金属材料的发展和应用金属铝冶炼历程金属冶炼的一般方法合理开发和利用金属资源显得尤为重要