《自然资源的开发利用(第一课时)》课件

《自然资源的开发利用（第一课时）》一、自然资源1.分类2.可持续发展经济可持续发展、社会可持续发展资源可持续发展、环境可持续发展1992年6月于巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会二、金属矿物的开发利用1.金属元素的存在形式金铂二、金属矿物的开发利用1.金属元素的存在形式金铂金、铂等极少数金属元素以单质的形式存在于自然界中。辉铜矿(Cu2S)赤铁矿(Fe2O3)闪锌矿(立方ZnS)菱镁矿（MgCO3）孔雀石[Cu2(OH)2CO3]方铅矿(PbS)辉铜矿(Cu2S)赤铁矿(Fe2O3)闪锌矿(立方ZnS)菱镁矿（MgCO3）孔雀石(Cu2(OH)2CO3)方铅矿(PbS)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界中2.金属元素不同存在形式的原因金属活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活泼性逐渐减弱2.金属元素不同存在形式的原因金属活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活泼性逐渐减弱化合态游离态3.冶炼金属的方法将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。3.冶炼金属的方法原理：Mn+(化合态)M(游离态)+ne-得到电子，被还原将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。①金

铂——物理方法①金

铂——物理方法2HgO2Hg+O22Ag2O4Ag+O2ΔΔ②不活泼金属——热分解法③活泼金属——电解法③活泼金属——电解法MgCl2(熔融)Mg+Cl22Al2O3(熔融)4Al+3O2电解电解冰晶石2NaCl(熔融)2Na+Cl2电解冰晶石：降低氧化铝的熔化温度④其他金属——高温还原法Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温CuO+H2Cu+H2O高温④其他金属——高温还原法Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温CuO+H2Cu+H2O高温实验：铝热反应一些活泼金属也可做还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。铝热反应反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。铝热反应反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。引燃剂：镁条助燃剂：氯酸钾铝热反应反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。引燃剂：镁条助燃剂：氯酸钾化学方程式：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高温应用：①利用铝热反应焊接钢轨。应用：①利用铝热反应焊接钢轨。

②冶金工业中，冶炼钒、铬、锰等金属。化学方程式：Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3高温

3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3高温①为什么不同的金属冶炼方法不同？思考：①为什么不同的金属冶炼方法不同？原理：Mn+(化合态)M(游离态)思考：+ne-得到电子，被还原不同金属离子得电子能力不同。金属活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法常用还原剂：C、CO、H2、Al热分解法物理提取法②为什么人类使用铁器比使用铜器晚？思考：②为什么人类使用铁器比使用铜器晚？思考：金属使用的先后顺序与金属冶炼难易有关。金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原。金属的位置越靠前，越难被还原。金属的冶炼历史青铜时代——古法炼铜铁器时代——古法炼铁近代冶炼——钾、钠、镁、铝的冶炼常见金属的冶炼原理金属冶炼原理FeCuFe2O3+3CO2Fe+3CO2（高炉炼铁）高温Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3（铝热法炼铁）高温Cu2S+O22Cu+SO2（火法炼铜）高温Fe+CuSO4FeSO4+Cu（湿法炼铜）常见金属的冶炼原理金属冶炼原理FeCuMgAlNaFe2O3+3CO2Fe+3CO2（高炉炼铁）高温Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3（铝热法炼铁）高温Cu2S+O22Cu+SO2（火法炼铜）高温Fe+CuSO4FeSO4+Cu（湿法炼铜）MgCl2(熔融)Mg+Cl2电解2Al2O3(熔融)4Al+3O2电解冰晶石2NaCl(熔融)2Na+Cl2电解4.金属资源利用的可持续发展①提高金属矿物的利用率②开发环保高效的金属冶炼方法③防止金属腐蚀④加强废旧金属的回收和再利用⑤使用其他材料代替金属材料4.金属资源利用的可持续发展计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%-5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图1和图2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。图1图2思考与讨论：1.实际过程中必须考虑投入与产出，要

考虑成本。2.加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。3.必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。图1图2三、典型例题

人类对某金属冶炼技术的掌握程度决定了其应用的广泛性。影响冶炼方法的主要因素是（）

A.金属的活泼性大小

B.金属在地壳中的含量多少C.金属的化合价高低D.金属的导电性强弱三、典型例题

人类对某金属冶炼技术的掌握程度决定了其应用的广泛性。影响冶炼方法的主要因素是（）

A.金属的活泼性大小

B.金属在地壳中的含量多少C.金属的化合价高低D.金属的导电性强弱KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提取法三、典型例题

人类对某金属冶炼技术的掌握程度决定了其应用的广泛性。影响冶炼方法的主要因素是（）

A.金属的活泼性大小

B.金属在地壳中的含量多少C.金属的化合价高低D.金属的导电性强弱AKCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提取法

中国的炼丹术延续了一千多年，虽然人们梦想的长生不老之药没能制出，但炼丹家们却积累了丰富的经验。“金丹”卷中记述：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。丹砂就是硫化汞，从中可以看出炼丹家们提取金属汞的方法是（）

A.热分解法

B.热还原法

C.置换法

D.淘取法

中国的炼丹术延续了一千多年，虽然人们梦想的长生不老之药没能制出，但炼丹家们却积累了丰富的经验。“金丹”卷中记述：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。丹砂就是硫化汞，从中可以看出炼丹家们提取金属汞的方法是（）

A.热分解法

B.热还原法

C.置换法

D.淘取法

HgSHg+SΔ

中国的炼丹术延续了一千多年，虽然人们梦想的长生不老之药没能制出，但炼丹家们却积累了丰富的经验。“金丹”卷中记述：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。丹砂就是硫化汞，从中可以看出炼丹家们提取金属汞的方法是（）

AA.热分解法

B.热还原法

C.置换法

D.淘取法

HgSHg+SΔ用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（）

A.MnO2

B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（）

A.MnO2

B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4制得1molMn转移4mole-

制得1molW转移6mole-制得1molCr转移3mole-制得1molCo转移mol

e-38用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（）

A.MnO2

B.WO3C.Cr2O3D.Co3O4D制得1molMn转移4mole-

制得1molW转移6mole-制得1molCr转移3mole-制得1molCo转移mol

e-38

地球上的金属矿物资源是有限的，应合理开发利用。

(1)下列金属中，通常用电解的方法进行冶炼的是（）

A．铝 B．汞 C．铁 D．铜

(2)利用下图装置完成铝热反应实验。该铝热反应的化学方程式是_____________________。(3)工业上根据铝热反应的原理，用铝和软锰矿(MnO2)冶炼锰，反应的化学方程式是_______________________________。

地球上的金属矿物资源是有限的，应合理开发利用。

(1)下列金属中，通常用电解的方法进行冶炼的是（）

A．铝 B．汞 C．铁 D．铜

(2)利用下图装置完成铝热反应实验。该铝热反应的化学方程式是_____________________。A(3)工业上根据铝热反应的原理，用铝和软锰矿(MnO2)冶炼锰，反应的化学方程式是_______________________________。

地球上的金属矿物资源是有限的，应合理开发利用。

(1)下列金属中，通常用电解的方法进行冶炼的是（）

A．铝 B．汞 C．铁 D．铜

(2)利用下图装置完成铝热反应实验。该铝热反应的化学方程式是_____________________。AFe2O3+2Al2Fe+Al2O3高温(3)工业上根据铝热反应的原理，用铝和软锰矿(MnO2)冶炼锰，反应的化学方程式是_______________________________。

地球上的金属矿物资源是有限的，应合理开发利用。

(1)下列金属中，通常用电解的方法进行冶炼的是（）

A．铝 B．汞 C．铁 D．铜

(2)利用下图装置完成铝热反应实验。该铝热反应的化学方程式是_____________________。A(3)工业上根据铝热反应的原理，用铝和软锰矿(MnO2)冶炼锰，反应的化学方程式是_______________________________。3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3高温Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高温金属矿物的开发利用冶炼金属的原料冶炼金属的方法金属资源利用的可持续发展金属在自然界的存在形态冶炼原理与方法主要途径生产实际很不活泼的金属物理提取法不活泼的金属热分解法活泼的金属热还原法很活泼的金属电解法任务一金属的冶炼原理【问题探究】化学科学的发展是推动人类文明进步的重要动力。金属冶炼技术的进步是人类文明进步的重要体现。1.从自然界中获得金属单质,是否都必须发生氧化还原反应?提示

不是;金、铂等可采用物理富集的方法获得,不发生化学反应。2.写出图中冶炼金属时涉及反应的化学方程式,指出金属元素化合价的变化,并总结归纳金属冶炼的实质。3.金属的冶炼方法与金属的活动性顺序有什么关系?用数轴表示出二者之间的关系。提示

【深化拓展】1.金属冶炼方法的选择极少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在,如金、铂等;绝大多数金属元素以化合态形式存在于自然界。金属越不活泼,从其化合物中还原出来越容易;金属越活泼,从其化合物中还原出来越困难。2.金属冶炼方法与金属活动性顺序的关系

活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au单质还原性(原子失电子能力)强→弱阳离子氧化性(离子得电子能力)弱→强金属冶炼方法电解熔融盐或氧化物热还原法热分解法富集法还原剂或特殊措施直流电提供电子H2、CO、C、Al等,加热(△)加热(△)常采用物理方法【素能应用】典例1下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(

)答案

C解析

活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼,故A、B、D三项正确。C项错误,C项为火法炼铜。【变式设问】利用铝为还原剂,能否将金属钠从氧化钠中还原出来?为什么?提示

不能;钠的还原性强于铝,故铝不能将金属钠从氧化钠中还原出来。规律方法金属冶炼的注意事项1.采用热分解法冶炼的金属的化合物通常不稳定,受热易分解,不需要太高的温度;而热还原法往往在高温下进行,电解法的温度视反应物的熔点而定。2.金属冶炼的其他方法(1)物理法:适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属,如金常用水洗法获得。(2)湿法冶金:利用溶液中发生的化学反应,对原料中的金属进行提取和分离的方法,如湿法炼铜Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。(3)火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2。变式训练1(2021山东临沂兰山区高一期末)冶炼金属一般有以下几种方法:①热分解法;②焦炭法;③水煤气法(CO或H2);④活泼金属置换法;⑤电解法。这几种方法各有优缺点,它们在工业上均有应用。古代有:a.火烧孔雀石炼铜,b.湿法炼铜;现代有:c.铝热法炼铁,d.光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是(

)A.a—② B.b—③C.c—④ D.d—⑤答案

B任务二铝热反应【问题探究】1.当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物引燃,使熔融的铁水流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢地黏结在一起。你知道其工作原理吗?用铝热剂焊接铁轨

提示

高温条件下,铝粉与氧化铁发生铝热反应:Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。

2.铝热反应实验装置如图,其中镁条和氯酸钾分别有什么作用?提示

点燃镁条用来提供引发铝热反应的热能,氯酸钾的作用是分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧。【深化拓展】1.铝热反应定义铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂,另一种氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物引发操作在铝热剂上放KClO3,插上镁条并点燃镁条反应特点在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用冶炼难熔的相对较不活泼的金属,如V、Cr、Mn等;焊接钢轨等2.铝热反应实验注意事项(1)镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃。(2)氧化铁粉末要干燥,铝粉要没有被氧化,否则难以反应。(3)蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。(4)确保实验装置与人之间有一定安全距离,防止受伤。【素能应用】典例2用如图所示的装置做铝热反应实验,回答下列问题:(1)写出该反应的化学方程式:

,

在该反应中,

是氧化剂,

是还原剂,该反应称为

反应。

(2)选出该实验的实验现象:

(填序号)。

①镁条剧烈燃烧②放出大量的热,并发出耀眼的光芒,火星四射③纸漏斗的下部被烧穿④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上,液珠冷却后变为黑色固体(3)写出下列操作或物质的作用:内层纸漏斗底部剪一个孔:

;蒸发皿盛沙:

;镁条:

;氯酸钾:

。

答案

(1)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3

Fe2O3

Al铝热(2)①②③④(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿燃烧放热,促使氯酸钾分解,引发铝热反应分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧解析

(1)该铝热反应为2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,该反应中Fe2O3作氧化剂,Al作还原剂。(2)①②③④全为该铝热反应的现象。(3)铝热反应实验中为使熔融物易落下,通常在内层纸漏斗底部剪一个孔;为防止溅落物炸裂蒸发皿,在蒸发皿内加入适量沙子;反应中镁条燃烧提供热量,使氯酸钾分解,引发铝热反应;氯酸钾受热分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧。【变式设问】若将氧化铁换成氧化镁、氧化铜,能否完成相应实验操作?请说明理由。提示

CuO可以,MgO不可以;金属的还原性:Mg>Al>Cu,故高温下Al可将CuO还原成Cu,但不能还原MgO。变式训练2(2021湖南雅礼中学高一期末检测)铝热反应有广泛的用途,实验装置如图1所示。下列说法正确的是(

)A.铝热反应的能量变化可用图2表示B.工业上可用铝热反应的方法制取钠C.在铝热反应过程中没有涉及的化学反应类型是化合反应D.该铝热反应的化学方程式是8Al+3Fe3O44Al2O3+9Fe答案

A解析

铝热反应是放热反应,则反应物的总能量高于生成物的总能量,符合题图2能量变化,A正确;工业上制取钠时,采用电解熔融NaCl的方法,B错误;铝热反应过程中,Mg与O2发生化合反应生成MgO,C错误;氧化铁是Fe2O3而不是Fe3O4,D错误。

随堂检测1.(2021辽宁大连八中高一检测)下列金属的工业制法正确的是(

)A.制钛:用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液中的钛B