人教版必修第二册 网 科 第八章 化学与可持续发展 第 1 节 自然资源的开发利 用 8.1.1 金属矿物的开发利 用 学习目标 1. 了解金属在自然界中的存在形式。 2. 掌握金属的冶炼方法。 3. 掌握铝热反应原理及实验。 学 4. 了解金属回收和资源保护的意义 , 认识和体会化学在自然资源开 发和利用中的意义和作用。 常见的金属矿物资源 铂矿 金矿 黄铜矿 黄铜矿 赤铁矿 赤铁矿 锰矿 锰矿 钨矿 钨矿 铝矿 锌矿 锌矿 任务探究 · 深度学习 学习任务一 金属的冶炼 自主学习 1. 金属在自然界中存在的形态。 除了　金　、　铂　等极少数金属 , 绝大多数金属元素以　化合物　 的形式存在于自然界。在这些金属化合物中 , 金属元素都显　正　化 合价。  2. 金属冶炼的实质 用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。 Mn++ne-=M 化合态 3. 冶炼方法。 还原反应 游离态 ① 电解法 适用于极活泼的金属（ K,Ca,Na,Mg,Al) 可电解熔融盐或氧 化物。 【思考】已知有关物质的熔沸点数据如下表 : 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点 /oC 2852 2054 714 沸点 /oC 3600 2980 1412 190 （以分子形式存 在） 180 参考上述数据填空和回答问题 . (2) 工业上为什么常用电解 Al2O3 冰晶石 (1) 工业上为什么常用电解熔融 MgCl2 的 熔融混合物的方法生产金属铝 , 而不用电 方法生产金属镁 , 而不用电解 的方 解 AlCl3 的方法生产铝 ? 因为 MgO 的熔点远高于 MgClMgO 2, 所以电解熔 从表中可以发现 ,AlCl3 的熔点很低 , 且 融法生产镁 ? 的 MgO 需要更多的能量 , 更高的温度 , 成本 沸点比熔点低 , 易升华 ; 熔融时不存在 离子 , 不能导电 , 故不能被电解。 更高。 ② 热还原法 ： 适用于金属活动性顺序表中的中间的多数金属 （ Zn,Fe,Sn,Pb,Cu) 。常用还原剂：焦炭、 CO 、 H2 、活泼金属等 。 炼铁原理 Fe2O3+3CO == 2Fe + 3CO2 铝热反应 高温 Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 结论：铝是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其 中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。 高温 其它铝热反应 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 高温 3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3 （引燃 剂） ( 助燃 剂) ③ 热分解法 适用于很不活泼的金属（ Hg,Ag ） 。 2HgO=2Hg+O 2 ④ 其它冶炼方法 高温 火法炼铜 Cu2S + O2 + SO 湿法炼铜 CuSO2 + Fe 4 2Ag2O=4Ag+O2 2Cu Cu + 典例分析 冶炼金属一般有下列四种方法 :① 焦炭法 ,② 水煤 气 ( 或氢气 , 或一氧化碳 ) 法 ,③ 活泼金属置换法 ,④ 电解法。四种方法在工业上均 有应用。 古代有 (Ⅰ) 火烧孔雀石炼铜 ,(Ⅱ) 湿法炼铜 ; 现代有 (Ⅲ) 铝热法炼铬 ,(Ⅳ) 从光卤 石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是 ( 　　 ) 。 A.(Ⅰ) B.(Ⅱ) 用② C.(Ⅲ) 用③ D.(Ⅳ) 用④ 解析 :用① 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活 B 动性。 (Ⅰ) 、 (Ⅱ) 、 (Ⅲ) 、 (Ⅳ) 发生的反应分别是 A 解析：本例涉及 Na 、 Mg 、 Fe 、 Hg 、 Al 、 Cu 、 Ti 这 7 种金属 的冶炼方法。只有用电 解熔融的 NaCl 获取 Na ，热分解法获取 Hg ，热还原法冶炼钛 等 3 项是符合生产实际 的。 b 、 e 项原理错误 ， c 、 f 项不符合工业 生产实际。 2. 下列金属 :① 铁、②镁、③锰、④钒、⑤铬 , 可用铝热法制备的有 ( 　　 ) 。 A.①②④ B.②③⑤ C.①③④⑤ D.①②③④⑤ 解析 : 铝热法冶炼金属是利用了 Al 的还原性及反应过程中放出大量的热 , 可用于 金属活动性比 Al 弱的金属的冶炼 , 题给五种金属中只有 Mg 的活动性比 Al 强 , 不 能用铝热法制备。 3. 如图为铝热反应的实验装置 , 请回答下列问题 : C (1) 该实验装置中还缺　　　　　　　　　　。 镁条和氯酸钾 引发铝热反应的操作为　　　　　　　　　　。  在混合物中间插一根镁条 , 将氯酸钾放在混合物上镁条的周围 , 点燃 镁条 (2) 若将氧化铁换成氧化镁 , 该反应　　　 ( 填“能”或“不 能” ) 发生 , 不能　镁比铝活泼 理由是　　　　　　　　　　。  , 铝不能置换 (3) 铝热反应的用途有哪些 ? 　　　　　　　　　。  用于焊接钢轨 ; 冶炼某些熔点高的金属 ( 答案合理即 镁 解析 :(1) 利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应 , 同时 可) 促使 KClO3 分解产生 O2, 使镁条快速燃烧。 (2)Mg 比 Al 活泼 ,Al 不能从 MgO 中置换出 Mg 。 学习任务二 金属矿物的开发利用 自主学习 阅读课本 99 页第二段，回答问题： 合理开发和利用金属资源的途径有哪些？ 1. 合理开发利用金属资源。 金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源 , 还会造成环境污染 , 地球 上的金属资源是有限的 , 是不可再生的 , 因此金属资源应　合理地开 发利用　。  2. 有效利用金属资源的途径。 (1) 提高金属矿物的利用率。 (2) 加强废旧金属的回收和再利用。 (3) 使用其他材料代替金属材料。 (4) 开发环保高效的金属冶炼方法 , 防止金属的腐蚀。 阅读课本 99 页思考与讨论，回收金属的意义有哪些？ （ 1 ）节约矿物资源； （ 2 ）节约能源； （ 3 ）减少环境污染 思考与讨论 计算表明，生产 1mol 铝消耗的电能至少为 1.8×106 J 。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 8-1 和图 8-2 ，你想到了什么？ 铝土矿 氧化铝 萤石 冰晶石 石油焦和沥 青焦 碳素电极 电解 图 8-1 铝的生产原理示意图 液态铝 铝锭 思考与讨论 启示一：从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐 得到铝消耗的能量，因而在实际生产过程中要考虑成本。 启示二：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。在日常生活中要大力倡导金属垃圾的分类回收和再 利用。 启示三：实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一 个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须 考虑废弃物的处理对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展 的意识。