第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用8.1.1金屬礦物的開發(fā)利用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解金屬在自然界中的存在形式，掌握金屬冶煉的一般方法和原理，構(gòu)建金屬冶煉的思維模型。2．以金屬礦物的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化綜合利用資源的方法，體會(huì)化學(xué)對促進(jìn)人與自然和諧相處的意義。在古希臘神話中，古希臘詩人將人類歷史經(jīng)歷的時(shí)代先后，冠名為黃金時(shí)代、白銀時(shí)代、青銅時(shí)代和黑鐵時(shí)代。馬克思認(rèn)為:歷史科學(xué)至今，按照制造工具和武器的材料，把史前時(shí)期劃分為石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代……金屬材料的使用在人類文明史中占有重要的地位。課堂導(dǎo)入石器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代鎂鋁合金1萬年前(公元前4000年)(公元前2500年)距今100多年前思考：為什么地殼中鋁的含量比鐵和銅高，但鋁使用的時(shí)間卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于銅和鐵？一、金屬元素在自然界中的存在形態(tài)自然金自然鉑隕鐵1.游離態(tài)金屬礦(Pt、Au等)一、金屬元素在自然界中的存在形態(tài)2.化合態(tài)金屬礦磁鐵礦Fe3O4黃銅礦CuFeS2鋁土礦Al2O3·3H2O問題一大多數(shù)金屬為什么以化合態(tài)形式存在？如何將化合態(tài)金屬轉(zhuǎn)化為游離態(tài)？Mn+得電子M

M失電子Mn+

問題二黃鐵礦FeS2閱讀課本，回答問題1.金屬冶煉指什么？找出定義、本質(zhì)，一般步驟2.金屬冶煉的方法有哪些？3.為什么不同金屬的冶煉方法不同？4.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？二、金屬的冶煉將金屬從其化合物中還原出來，用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程。2.金屬冶煉實(shí)質(zhì)：1.金屬冶煉原理：3.金屬冶煉的一般步驟

(1)礦石

富集(2)金屬冶煉(3)金屬

精煉M（游離態(tài)）得電子，被還原+ne-Mn+（化合態(tài)）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。二、金屬的冶煉方法PtAuKCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg電解法熱還原法熱分解法物理方法不活潑的金屬非常活潑的金屬中等活潑的金屬

不同的金屬離子得電子的能力不同,所以冶煉的方法不同。依據(jù)金屬活動(dòng)性順序，不同金屬的冶煉方法：1.物理方法（富集法）適用于極不活潑的金屬，如Pt、Au淘金原理：金的密度比沙大淘去粗沙后獲得砂金千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金。美人首飾侯王印，盡是沙中浪底來?！?jiǎng)⒂礤a《浪淘沙》二、金屬的冶煉方法2.熱分解法對于一些不活潑金屬，可直接用加熱分解法。如Hg、Ag如古代煉丹術(shù)士葛洪的《抱樸子》中“丹砂燒之成水銀”HgS===2Hg+S2HgO===2Hg+O2↑常見的還有：2Ag2O===4Ag+O2↑二、金屬的冶煉方法3.熱還原法對于大部分金屬（中等活潑）利用高溫條件下的氧化還原反應(yīng)，如ZnFeSnPb(H)Cu常見的還原劑：CO、H2、C(焦炭)、活潑金屬(如鋁熱反應(yīng))Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2

高溫CuO+H2===Cu+H2O高溫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?！蚶ā秹粝P談》CuSO4+Fe==Cu+FeSO4火法煉銅用礦(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，方見成銅。

——明·陸容《菽園雜記》2CuFeS2→Cu2S+2FeS+SCu2O+FeS→Cu2S+FeOCu2S+O2==2Cu+SO2二、金屬的冶煉方法3.1鋁熱反應(yīng)以鋁粉和金屬氧化物反應(yīng)獲得金屬單質(zhì)的反應(yīng)。二、金屬的冶煉方法鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，冶煉釩、鉻、錳等高熔點(diǎn)金屬。Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3高溫3Co3O4+8Al9Co+4Al2O3高溫3V2O5+10Al6V+5Al2O3高溫原理：活潑金屬置換不活潑金屬鋁熱反應(yīng)：鋁粉和金屬氧化物發(fā)生置換反應(yīng)4.電解法適用于一些非?；顫姷慕饘?，采用一般的還原劑很難將它們從其化合物中還原出來，工業(yè)上常用電解法冶煉。如KCaNaMgAlKCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAuMgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑電解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑電解2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石冰晶石Na3AlF6的作用：降低Al2O3的熔化溫度

二、金屬的冶煉方法物質(zhì)MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔點(diǎn)/oC28522054714190（以分子形式存在）沸點(diǎn)/oC360029801412180參考表格數(shù)據(jù)回答問題：【思考1】工業(yè)上為什么常用電解熔融MgCl2的方法生產(chǎn)金屬鎂,而不用電解MgO的方法生產(chǎn)鎂?MgO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2，電解熔融的MgO需要更多的能量,更高的溫度,成本更高?！舅伎?】制鋁時(shí)，電解熔融Al2O3而不電解熔融AlCl3？①氯化鋁是共價(jià)化合物，熔融態(tài)氯化鋁不導(dǎo)電;②從表中可以發(fā)現(xiàn),AlCl3的熔點(diǎn)很低,且沸點(diǎn)比熔點(diǎn)低,易升華;【思考3】能否電解飽和的氯化鈉溶液來制取鈉？

不能

2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑

電解思考交流KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu活潑電解法(氧化物、氯化物)中等活潑熱還原法(C、CO、H2、Al等)不活潑熱分解法(氧化物)物理方法思考：為什么地殼中鋁的含量比鐵和銅高，但鋁使用的時(shí)間卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于銅和鐵？金屬越活潑，越難冶煉歸納總結(jié)P99頁---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，回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦相比，前者的能耗僅為后者的3%-5%。通過對上述數(shù)據(jù)的分析和比較，并結(jié)合圖8-1和圖8-2，你想到了什么？三、合理開發(fā)和利用金屬資源（1）提高金屬礦物的利用率（2）防止金屬的腐蝕（3）加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用（5）使用其他材料代替金屬材料（4）開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法合理開發(fā)和利用金屬資源的有效途徑：三、合理開發(fā)和利用金屬資源化學(xué)是人類利用自然資源和應(yīng)對環(huán)境問題的重要科學(xué)依據(jù)?？沙掷m(xù)發(fā)展經(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)展課堂小結(jié)課堂小練判斷正誤(1)在自然界中金屬元素都以化合態(tài)的形式存在(

)(2)利用化合物冶煉金屬時(shí)，金屬元素一定發(fā)生還原反應(yīng)(

)(3)在地殼中含量越多的金屬元素，人類利用的越早(

)(4)可以通過電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉(

)(5)鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是用鋁將活潑性比鋁弱的金屬從其化合物中置換出來(

)×√√××課堂小練1.下列說法正確的是A.金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得越早，其在地殼中的含量越多B.冶煉金屬時(shí)，必須加入一種物質(zhì)作為還原劑C.金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，可能被還原，也可能被氧化

D.金屬的冶煉就是利用氧化還原反應(yīng)原理，在一定條件下將金屬從其化合物

中還原出來√課堂小練2.(2022·德州高一檢測)氧化還原反應(yīng)廣泛應(yīng)用于金屬的冶煉，下列有關(guān)金屬冶煉的說法錯(cuò)誤的是A.越活潑的金屬元素，人類利用的越晚B.熱分解法、熱還原法、電解法冶煉金屬中，金屬元素都由化合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?/p>

離態(tài)C.鋁熱反應(yīng)中鋁作為還原劑將鐵從其氧化物中置換出來D.用熱還原法冶煉金屬時(shí)，可以用H2將Mg從其化合物中還原出來√Mg較活潑，用電解法課堂小練3.下列反應(yīng)原理中

，不符合工業(yè)冶煉金屬實(shí)際情況的是工業(yè)上冶煉鎂可采用電解法，其原料應(yīng)選用MgCl2而不是MgO，因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)比MgCl2的高，會(huì)消耗大量電能，成本較高。課堂小練Al2O3

Fe2O3

SiO2MgO過濾過量鹽酸SiO2AlCl3FeCl3MgCl2NaOH溶液過濾Fe(OH)3Mg(OH)2NaAlO2NaClNaOHCO2過濾Al(OH)3NaHCO3NaCl加熱Al2O3電解Al鋁土礦（Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì)）如何從鋁土礦中提取鋁呢？1.酸溶法工業(yè)流程寫出與Al有關(guān)的離子方程式。①__________________________；②__________________________；③_________________________________________。Al2O3＋6H＋==2Al3＋＋3H2O

課堂小練Al2O3

Fe2O3

SiO2MgONaOH溶液Fe2O3MgONaAlO2Na2SiO3NaOH鹽酸H2SiO3NaClAlCl3氨水Al(OH)3過濾過濾過濾NH4ClNaCl加熱Al2O3Al電解2.堿熔法工業(yè)流程寫出與Al有關(guān)的離子方程式。④___________________________；⑤___________________________；⑥_________________________________。

課堂小練工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，還有少量的Fe2O3等雜質(zhì))提取氧化鋁作冶煉鋁的原料，提取的操作過程如下：(1)Ⅰ和Ⅱ步驟中分離溶液和沉淀的操作為_____，所用到的玻璃儀器是___________________________。(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定還含有______，固體N是______。過濾燒杯、漏斗、玻璃棒泥沙、Fe2O3NaAlO2

Al2O3Fe2O3Al2O3課堂小練工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，還有少量的Fe2O