《开发利用金属矿物和海水资源》(第1课时)

1、2022-4-181第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源第第1 1课时课时2022-4-182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?天然金天然金Au天然铂天然铂Pt金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-183人类最早发现和应用的金属人类最早发现和应用的金属金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-184C + 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

2、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”。 在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端人类开始迈进了象征古代文明开端的的“铜器时代铜器时代”。资料卡片资料卡片Cu2(OH)2CO3 2CuO + H2O + CO2 孔雀石孔雀石金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-185一、一、 金属的冶炼金属的冶炼 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，这就是人们常说的金属的出来，这就是人们

3、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? ?金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-186结论：结论：金属位置越靠后，越易被还原，用一般金属位置越靠后，越易被还原，用一般的还原方法即可；的还原方法即可； 金属位置越靠前，越难被还原，要用较金属位置越靠

4、前，越难被还原，要用较强的还原手段来还原强的还原手段来还原金属活动性顺序金属活动性顺序大约大约100多年前多年前大约大约2500年前年前大约4000年前K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-187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)热分解法热分解法(2)热还原法热还原法(3)电解法电解法二、金属冶炼的方法的选择二、金属冶炼的方法的选择快速阅读课本快速阅读课本8888页

5、内容，找出金属冶炼页内容，找出金属冶炼有多少种方法，分别是什么？适用于金有多少种方法，分别是什么？适用于金属活动顺序表中的哪些金属属活动顺序表中的哪些金属? ?金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-188（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Hg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 + O2金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-189（2）热还

6、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) Cu金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1810湿法炼铜湿法炼铜:Fe+CuSO4FeSO4+Cu火法炼铜火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2高温高温金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1811实验实验4-1 铝热反应铝热反应金属矿物的开

7、发利用金属矿物的开发利用2022-4-18122Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3高温高温反应现象反应现象：镁条剧烈燃烧，发出耀眼的镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中，有熔融物落入沙中，沙子上落有黑色铁珠。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金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1813铝铝热热反反应应的的应应用用 铝热反应的原理可以应用在生产上，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

8、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。金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1814 自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是分是Al2O3，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，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，铝的价格也一降千丈，走入千家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。万

9、户。金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1815金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1816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 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国在西汉初时我国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，领先欧洲已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧一千余年，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洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。掌握这一技术。金属矿物的开发利

10、用金属矿物的开发利用2022-4-1817Fe2O33CO 2Fe3CO2高温高温金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1818炉 喉炉 身炉 腹炉 腰炉 缸高 炉 煤 气铁 矿 石 焦 炭 熔 剂进 风 口热 空 气出 铁 口出 渣 口炉 渣生 铁高 炉 煤 气进 风 口金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1819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

11、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) Cu Hg Ag Pt AuK Ca Na Mg Al金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-18202NaCl (熔融熔融) 2Na + Cl2 电解电解金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1821练习练习: 写出电解写出电解MgCl2、Al2O3的化学方程式的化学方程式 MgCl2 Mg + Cl2电解电解(熔融熔融)2Al2O3 4Al +3O2电解电解(熔融熔融)冰晶石冰晶石金属矿物的开

12、发利用金属矿物的开发利用2022-4-1822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，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

13、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。金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1823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、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量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、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料 金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1824(1)途径途径提高金属矿物的利

14、用率提高金属矿物的利用率减少金属的使用量减少金属的使用量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使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料何为自然资源与可持续发展。何为自然资源与可持续发展。如何合理利用矿物资源，坚持可持续发展战略？如何合理利用矿物资源，坚持可持续发展战略？(2)(2)意义意义节约矿物资源节约矿物资源节约能源节约能源减少环境污染减少环境污染阅读教材阅读教材P89P89最后一段最后一段阅读教材阅读教材P88P88资料卡片资料卡片金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1825表表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FeFe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高炉炼铁高炉炼铁)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3(铝热法炼铁铝热法炼铁)高温高温高温高温CuCu2S+O2=2Cu+SO2(火法炼铜火法炼铜)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(湿法炼铜湿法炼铜)高温高温MgMgO+C=Mg+COMgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2高温高温Al2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2电解电解冰晶石冰晶石Na2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl2电解电解电解电解金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用2022-4-1826K Ca Na Mg