开发利用金属矿物和海水资源(第1课时)

第四章 化学与自然资源的开发利用,第一节 开发利用金属矿物和海水资源,第,1,课时,化学 必修,2,2024/9/20,1,黄铜矿,赤铁矿,铝矿,锰矿,钨矿,锌矿,自然界矿物中的金属元素存在形态,?,天然金,Au,天然铂,Pt,金属矿物的开发利用,人类最早发现和应用的金属,金属矿物的开发利用,C + 2CuO = CO,2,+ 2Cu,高温,铜 镜,汉武帝时铜币,先秦刀币,铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。,在公元前,6000,年到,7000,年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“,铜器时代,”。,资料卡片,Cu,2,(OH),2,CO,3,2CuO + H,2,O + CO,2,孔雀石,金属矿物的开发利用,这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林,圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文物,铜虎头,，,2000,年在香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。,记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外,金属矿物的开发利用,元贝驾考,元贝驾考,2016,科目一 科目四驾考宝典网,驾考宝典,2016,科目一 科目四,2024/9/20,6,人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达,90%,以上。,古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。,济 南 陨 铁,新 疆 陨 铁,南极洲陨铁,金属矿物的开发利用,一、 金属的冶炼,人们日常应用的金属材料，多为,合金,或,纯金属,，这就需要把,金属,从,矿石,中,提炼,出来，这就是人们常说的金属的,冶炼,。,1.,金属冶炼的,实质,利用,氧化还原反应,，使金属化合物中的金属阳离子,得到电子,变成金属原子。即：,M,n+,+ ne,-,M,想一想,:,要使金属矿物转化为金属单质,金属元素的化合价如何变化,发生什么反应,?,金属矿物的开发利用,结论：,金属位置越靠后，越易被还原，用一般的还原方法即可；,金属位置越靠前，越难被还原，要用较强的还原手段来还原,金属活动性顺序,大约,100,多年前,大约,2500,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,(1),热分解法,(2),热还原法,(3),电解法,二、金属冶炼的方法的选择,快速阅读课本,88,页内容，找出金属冶炼有多少种方法，分别是什么？适用于金属活动顺序表中的哪些金属,?,要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法,金属矿物的开发利用,（,1,）热分解法,练习,:,写出,HgO,、,Ag,2,O,受热分解的化学方程式,（适用,Hg,及其以后的不活泼金属）,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu,Hg Ag,Hg Ag,2H,g,O 2H,g,+ O,2,2A,g,2,O 4A,g,+ O,2,金属矿物的开发利用,（,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,。它是金属冶炼的,常用,方法。,常用的,还原剂,有：,活泼金属,、,CO,、,H,2,、,C(,焦炭,),K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag,Zn Fe Sn Pb (H) Cu,金属矿物的开发利用,湿法炼铜,:,Fe+CuSO,4,FeSO,4,+Cu,火法炼铜,:,Cu,2,S+O,2,2Cu+SO,2,高温,金属矿物的开发利用,实验,4-1,铝热反应,金属矿物的开发利用,2Al+Fe,2,O,3,2Fe+Al,2,O,3,高温,反应现象,：,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,，有熔融物落入沙中，,沙子上落有黑色铁珠。,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,金属矿物的开发利用,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。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。,金属矿物的开发利用,请写出,MnO,2,、,Cr,2,O,3,分别与,Al,反应的化学方程式。,结论：,铝也是还原剂，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。,铝某些金属氧化物,Al,2,O,3,金属,高温,3MnO,2,+4Al = 3Mn+ 2Al,2,O,3,高温,Cr,2,O,3,+2Al = 2Cr + Al,2,O,3,高温,金属矿物的开发利用,法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？,思考,金属矿物的开发利用,拿破仑与铝碗,100,多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，,英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重,的奖杯,铝杯，赠送给门捷列夫。,金属矿物的开发利用,由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至,19,世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。,金属矿物的开发利用,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（主要成分是,Al,2,O,3,，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，走入千家万户。,金属矿物的开发利用,金属矿物的开发利用,今天铝的产量仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精”，因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗,11,号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占,75%,左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。,注意：正常人的人体内，每,70,公斤体重约含,61,毫克铝。,铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，,导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。,金属矿物的开发利用,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，而欧洲最早的英国直到,500,年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。,金属矿物的开发利用,Fe,2,O,3,3CO 2Fe,3CO,2,高温,高炉炼铁,金属矿物的开发利用,金属矿物的开发利用,电解法,在金属活动性顺序中，,K,、,Na,、,Ca,、,Al,等几种金属的,还原性很强,，这些金属的阳离子,难得电子,，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。,K Ca Na Mg Al,Zn Fe Sn Pb (H) Cu,Hg Ag Pt Au,K Ca Na Mg Al,金属矿物的开发利用,2NaCl (,熔融,),2Na + Cl,2,电解,金属矿物的开发利用,练习,:,写出电解,MgCl,2,、,Al,2,O,3,的化学方程式,MgCl,2,Mg + Cl,2,电解,(熔融),2Al,2,O,3,4Al +3O,2,电解,(熔融),冰晶石,金属矿物的开发利用,镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价比铝更高。,海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦,。,咸是因为含有氯化钠，,苦是因为含有氯化镁,，,同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化镁易吸水。,据估算，假如每年从海水中提取,1,亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的,0.13%,降低到,0.12%,，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。,金属矿物的开发利用,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。,你知道吗？,金属矿物的开发利用,据有关资料统计，,每生产一吨原铝锭需要消耗能源,213.2TJ(,电能约占,82,),，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为,5.5TJ(,燃料约占,80,),，仅为原铝锭生产能源消耗的,2.6,，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量,91%,，比用燃油发电减少二氧化碳排放量,97,以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。,小资料,金属矿物的开发利用,(1),途径,提高金属矿物的利用率,减少金属的使用量,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,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？,(2),意义,节约矿物资源,节约能源,减少环境污染,阅读教材,P89,最后一段,阅读教材,P88,资料卡片,金属矿物的开发利用,金属的回收和环境保护,回收金属的意义：,（,1,）节约矿物资源（,2,）节约能源（,3,）减少环境污染,金属铝的回收与利用,金属矿物的开发利用,