开发利用金属矿物.ppt

电解法:适用于钾、钠、钙、铝等活 泼金属的冶炼。
电解
2NaCl（熔融）====2Na+Cl2↑
电解
2Al2O3（熔融）====4Al+3O2↑
电解
MgCl2（熔融）====Mg+中 部的金属冶炼
原理：在高温下发生氧化还原反应， 常用的还原剂有焦炭、一氧化 碳、氢气等。以及一些活泼金 属也可做还原剂。
第一节 开发利用金属资源和海水资源
第一课时
金属矿物的开发利用
教学目标
1、了解金属冶炼的实质、方法 2、通过比较不同金属的冶炼，理解不同
活动性的金属冶炼方法不同的原因 3、了解金属的回收利用与资源的保护
自然资源与可持续发展
我国21世纪初可持续发展的总 体目标是：可持续发展能力不断增 强，经济结构调整取得显著成效， 人口总量得到有效控制，生态环境 明显改善，资源利用率显著提高， 促进人与自然的和谐，推动整个社 会走上生产发展、生活富裕、生态 良好的文明发展道路。
金属的回收和资源保护
如何从废铝罐制取明矾？
废旧钢铁用于炼钢； 金属回收的实例 废铁屑用于制铁盐；
定影液用于回收银
练习：
古代的“药金”外观与金相似，常被 误以为是金子，冶炼方法如下，将碳 酸锌、赤铜（Cu2O），木炭按一定比例 混合，加热到8000C充分反应后得到金 光闪闪的“药金”。
（1） “药金”的主要成分是 ________
（2）有关冶炼“药金”的化学方程式
实验探究
铝热反应：1、步骤 2、实验现象 3、实验原理
高温
2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
注： 1、镁条、氯酸钾的作用：引燃剂
｛焊接钢轨
2、铝热反应 冶炼

第一课时
•
钙 铀 云 母 蓝铜矿
钼 铅 矿
赤铜矿
•
孔雀石
一、金属矿物的开发和利用 自然界中的金属大都以化合态存在
金属的冶炼:
用化学的方法把化合态的金属变成游离态金属
冶炼原理：Mn+ + ne•
M
思考与交流：
请举例说明: 你都学过哪些化学反应, 可以将金属从化合态转变 成游离态?
•
1、热分解法（适合一些不活泼金属）
•
实验 现象
化学方 程式
高温
铝热反应的应用
铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接 钢轨等。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，冶炼锰、铬、钴等 •
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3
高温 高温
高温
•
根据金属的活泼性不同选 择不同的冶炼方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe SnPb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
（C,CO,H2,Al等）
热分 物理提 解法 取法
冶炼方法的选择:简单,实用,节省,环保
•
以铝为例，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2500万吨，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，每年就将减少铝土矿消 耗量约5000万吨，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 合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比， 可以节省95％以上的能源消耗。

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3.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金属的活动 性顺序 金属原子 失电子能力 金属离子 得电子能力 主要冶 炼方法 电解法 热还原法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu 强→弱 Hg Ag Pt Au
弱→强
热分解法
物理方法
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【针对训练 2】 如图为铝热反应的实验装置, 请回答下列问题: ( 纸漏斗中铺在氧化铁和铝粉的混合物上面 1) 的物质是 。 ( 引发铝热反应的操作为 2) 。 ( 若将氧化铁换成氧化镁, 3) 该反应能否发生? ( 填“能”或“不能”)理由 , 是 。 ( 铝热反应的用途有哪些? 4) 。 解析: (1)铺在 Fe2O3 和 Al 粉混合物上面的物质是 KClO3, 作用是引发铝热反应。
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资源开发
勿忘环保
中国政府网 2011 年 1 月 19 日报道, 为加强我国稀土、铁矿资源的 保护和合理利用, 根据《矿产资源法》等法律法规, 国土资源部近日决定 在我国离子型稀土资源集中分布的江西省赣州市划定首批稀土矿产国 家规划区, 在钒钛磁铁矿资源集中分布的四川省攀西地区划定首批铁矿 国家规划矿区。其中, 攀枝花钒钛磁铁矿国家规划矿区面积约为 200.76 平方公里, 白马钒钛磁铁矿国家规划矿区面积约为 266.18 平方公里。 作为我国第二大铁矿矿区的攀西地区, 蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资 源。据 2009 年底的统计数据显示, 攀西地区已探明的铁矿石储量矿近 99 亿吨, 钒钛磁铁矿储量近 70 亿吨。

法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
热分解法 物理提 取法
随堂训练
1.下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是
A、加热氧化铝 B、加热碳酸钙 C、电解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热
C
随堂训练
2. 宋朝初期，我国已将湿法炼铜应用于生产，其 反应原理为（ C ） A、CuO+H2==Cu+H2O B、CuO+CO==CO2+Cu
（1）热分解法：对于不活泼金属，由于其化合物不稳定， 常采用加热分解的方法冶炼。
2HgO 2Hg＋O2 ↑ 2Ag2O 4Ag＋O2 ↑ （2）热还原法：大多数金属的冶炼都是高温下使用还原 剂（如CO、H2、C(焦炭)）还原完成的。 高炉炼铁：Fe2O3 ＋ 3CO ＝ 2Fe ＋ 3CO2
高温
加热
铝热反应的应用：
①铝热反应会放出大量热，可用来冶炼高熔点相对较 不活泼金属（如Fe、Cr、V、Mn等）；②焊接钢轨。
铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊 接钢轨等。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，冶炼钒、铬、锰等
14
其它铝热反应
高温
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
△ C、Fe+CuSO4==Cu+FeSO 4 △
2NaCl (熔融)
电解
2Na ＋ Cl2 ↑
电解熔融的氯化钠
金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al
电解法
Zn Fe Sn Pb (H) Cu

2Br+Cl2= Br2+2Cl－
置换反应得到的 Br2 的浓度很低， 难以收集，用空 气吹出 Br2 后用 SO2 吸收，使溴 得到富集
新课讲解
资料卡片
海水中含80多种元素，以氢、氧、海水中铀多达45亿吨，是已知
氯、钠、镁、硫、钙、钾等
陆地铀矿储量的4500倍。氘有
较多，被称为“元素的故乡”。 50亿吨足够人类用上千万年。
积极开展废弃金属的回收利用，是实现我国金属工业持续发展的重要途径， 不仅可以在相当程度上解决国内金属矿山原料不足的问题，而且有助于保护 自然资源，减少金属生产和消费过程中对生态环境的影响和破坏。可以大大 缓解社会和经济发展对矿产资源不断增长的需求，明显降低金属生产过程中 的煤炭，电力等能源消耗，减少环境污染，实现有金属工业的可持续发展， 创造节约性社会。
处理过程
产物
隔绝空气高温分解 将煤转化为可燃性气体 煤与氢气作用生成
粗苯等多种化工原料 水煤气 液体燃料
先转化成CO和H2
甲醇
新课讲解
②煤的干馏产品
产品 出炉煤 焦炉气 气
粗氨水 粗苯 粗焦油
焦炭
主要成分
用途
氯气、甲烷、乙烯、 气体燃料、化工原料 一氧化碳
氨、铵盐
化肥、炸药、燃料、医药、农药、
苯、甲苯、二甲苯 合成材料
新课讲解 二、海水资源开发利用
1.海洋资源的存在 ①海洋约占地球表面积71% 水的储量约为1.3X1018t,占地球水储量的97%,
②海水水资源的利用包括： Ⅰ、海水淡化 Ⅱ、利用海水进行循环冷却。
新课讲解
③海水淡化的方法: 蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高） 电渗析法（成本低，但未能大量生产） 离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）

A．从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应
B．往淡水中加入NaCl等配成人造海水，可用于海 产品的长途运输
C．赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海 水域的富营养化而造成的
D．海洋经济专属区的资源开发可获得Fe、Co、K 、Au、Mg、B等金属
碘的提取
海藻中含有丰富的碘元素(以 I－形式存 在)。实验室中提取碘的流程如下： 海藻 ―灼―烧→
（1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着 物刷净（不要用水洗，有I-）。 将海带剪碎， 用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。
（2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全 成灰，停止加热，冷却。
（3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入 10ml蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使 可溶物溶解，过滤。
海藻灰
―浸―泡→
悬浊液
――①→
含I－的 溶液
适―量―②C→l2
含I2溶液
――③→
碘的有 机溶液
―→
晶体碘
(1)实验操作③的名称是萃__取__分___液_，所用 主要仪器名称为_分__液__漏__斗_。
(2)提取碘的过程中，可供选择的有机试
剂是_B__、__D_(填序号)。
A．酒精(沸点78 ℃) B．四氯化碳(沸点77 ℃) C．甘油(沸点290 ℃) D．苯(沸点80 ℃)
2.热还原法
高温
Fe2O3+3CO == 2Fe+3CO2
加热
CuO+ H2 == Cu+H2O
要点二 铝热反应 1．反应实验
实验 操作
实验 现象
镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁 粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。 反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

3、冶炼金属常用以下几种方法：①以C或H2、CO 作为还原剂还原法 ；②热分解法 ；③电解法 ；④
铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、 ③ Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al： ； Mg： ③ ；Cu： ① ； ④ 。 Hg： ① ；Mn：
4、宋代时期，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，这是什么原因？
Fe＋Cu2+ ＝ Cu＋Fe2+
反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的
热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应， 纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。
高温
Fe2O3+ 2Al === 2Fe + Al2O3
铝热剂
铝热反应用途：冶炼钒、铬、锰等高熔点 金属，焊接铁轨。
电解法
小组活动 如何以孔雀石为原料，冶炼铜？
孔雀石：Cu2(OH)2CO3
小组活动
以铝土矿（主要含有Al2O3 、Fe2O3），来冶炼铝。 如果你是一个制铝公司的老板，要设置哪些部门？
3、有效利用金属资源
总结
不同金属冶炼方法的选择
金属活动性：
强
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
弱
离子氧化性
弱
电解法
热还原法
强 热分解法
练 习
1.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 C A. Ca、Mg B. Al、Fe C. Fe、Cu D. Hg、Ag 2.列金属氧化物不能用焦炭还原的是 A A. CaO B. Ag2O C. CuO D. Fe2O3 解题思路: 碳的还原性一般介于A1～Zn 之间， 故一般比碳还原性强的金属，不能用碳还原。

Ⅲ.2Al+Cr2O3
Al2O3+2Cr
Ⅳ.先从光卤石中提取 MgCl2,再电解熔融的 MgCl2:MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
则Ⅰ属于方法①,Ⅱ属于方法③,Ⅲ属于方法③,Ⅳ属于方法④。综
上分析,B 选项不正确。
答案:B
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迁移训练 1 人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、
铜四种金属的时间顺序是(
些金属性比它弱的金属置换出来。另外,在冶炼反应中放出大量的热量,
使反应体系维持在高温状态,可以把一些金属性较弱的金属从它们难
熔的金属氧化物中置换出来。
答案:D
问题导学
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铝热反应
1.原理
用铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质。如 Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3,3Co3O4+8Al
(3)CO 还原 Fe2O3:Fe2O3+3CO
W+3H2O;
2Cr+Al2O3;
2Fe+3CO2。
问题导学
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3.电解法
制取 Na、Mg、Al 时分别使用电解熔融态 NaCl、MgCl2、Al2O3
和冰晶石共熔体的方法:
①2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑;
②MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑;
)
A.铁、铝、铜、钛
B.铜、铁、铝、钛
C.铜、铁、钛、铝
D.铁、铜、铝、钛
解析:人们最早大量生产和使用的金属是铜,其次是铁,铝的大量生
产和使用才有近百年的历史,将来应用最广泛的金属是钛。
答案:B
问题导学
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2.石油的综合利用
石油是一种粘稠的、深褐色液体。主要是由 1-50个碳原子的烷烃、环烷烃组成。石油的大部 分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃 和固态烃。主要由C、H元素组成，也含有H、O、 N、S等元素。
石
油① 的石 组油 成的
常 压 蒸 馏
②减压蒸馏 进一步分离重油，物尽其用。 如：润滑油、石蜡、燃料油、沥青等
电解法
热还原法
热分 解法
（3）电解法：
2NaCl（熔融）
电解
===
2Na+Cl2↑
电解
MgCl2（熔融）===Mg+Cl2↑
电解
2Al2O3（熔融）=冰=晶=石4Al+3O2↑
二.海水资源的开发利用
1.海水的淡化
蒸馏法、电渗析法、离子交换法
圆底烧瓶
海水蒸馏原理示意图
蒸馏烧瓶
太ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能蒸发原理示意图
淀粉溶液 蓝色 四氯化碳 紫色
灼烧
溶解
过滤
5.海水中提取镁
(1)反应流程：
(2)有关反应的化学方程式： ①MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2 ②Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O ③MgCl2·6H2O=H=△=C=l=MgCl2＋6H2O
通电 ④MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑
热还原法
热分 解法
（2）热还原法
CuO+H2 == Cu+H2O 2CuO+C == 2Cu+CO2↑ Fe2O3+3CO== 2Fe+3CO2
铝热反应
铝热剂：铝与氧 化铁的混合物
镁条为引燃剂 氯酸钾为助燃剂

4、可用热分解法就可能制得的金属有（ C ） A . Cu Cr B . Ti W C . Ag Hg D . Na Al 5、冶炼金属常用以下几种方法：①以C或H2、CO
作为还原剂还原法 ；②热分解法 ；③电解法 ；④ 铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、 Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al： ③ ； Mg： ③ ；Cu： ① ； ④ 。 Hg： ① ；Mn：
高温
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3
高温
铝热反应的应用
铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢 轨等。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，冶炼钒、铬、锰等
3．电解法
在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种 金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电 子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化 合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐 或氧化物的方法来冶炼。
C + 2CuO == CO2 ↑ + 2Cu
高温
秦始皇陵墓 世界文化遗产
汞矿 ( HgO)
2HgO
加热
2Hg ＋ O2 ↑
秦始皇地宫埋“水银”之谜 《史记》记载：始皇陵有大量水银。地质学家先后两次来始 皇陵采样。发现始皇陵封土土壤样品中果然出现“汞异常”。 科学家由此得出初步结论:《史记》中关于始皇陵中埋藏 上百吨汞的记载是可靠的。地宫埋“水银”的千古谜案终于解 开了。 单质的汞，在自然界中是极为罕见的。为什么两千多年前 就能得到上百吨的水银呢？
铝热反应
实验4－1 注意观察现象
反应现象：剧烈燃烧，火星四射，沙里 有火热熔融物