化学：4.1.1《金属矿物的开发利用》课件(新人教版必修2)

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3、下列关于金属冶炼的说法不正确的是（ ） D A.金属冶炼是指用化学的方法将金属由化合态转 变为游离态
B.天然矿藏很少只含有一种金属元素，往往含有 较多杂质
C.金属的冶炼方法主要有热分解法,热还原法和 电解法三种方法 D.金属冶炼一定要用到还原剂
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4、铝能冶炼某些熔点高,硬度大的金属 是因为铝 ( B ) A.具有导电性和导热性
3、还原法（适用于大部分金属）
１）还原剂是C、CO、H2的。 CuO+H2 === Cu + H2O
高温
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 ↑
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高温
２）还原剂是活泼金属，如钠、镁、铝等。 CuSO4+Fe=FeSO4+Cu
实验4-1
注意观 察现象
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铝粉和金属氧化物粉末的混合物称为铝热剂。 用铝粉作还原剂，在高温下还原其它金属的方 法，又称铝热反应。此法适用于冶炼高沸点的 金属。 镁条剧烈燃烧，放出热量， Fe2O3和 Al在较高温发生剧烈反 应，发出耀眼的光芒，纸漏斗下 部被烧穿，有熔融物落入沙中， 发现落下的是铁珠 Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
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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。

类型一金属的冶炼
【典例】(2013·山东高考改编)由下列物质冶炼相应金属时采 用电解法的是( A.Fe2O3 ) C.Cu2S D.AlCl3
B.NaCl
【解题指南】解答本题要注意以下两点: (1)金属的活泼性决定了其冶炼方法; (2)活泼金属应用电解法冶炼。
【解析】选B。排在铝(包含铝)之前的活泼金属应用电解法冶 炼,B正确;由Fe2O3冶炼铁应用热还原法,由Cu2S冶炼铜属火法炼
高温 铜,反应为Cu2S+O22Cu+SO ==== 2,冶炼铝应电解Al2O3。
【变式训练】下列化学方程式,能用于工业上冶炼金属镁的是 ( )
电解
A.2Na+MgCl2====2NaCl+Mg
B.MgCl2(熔融)Mg+Cl ==== 2↑
C.2MgO2Mg+O ====2
D.MgCO3MgO+CO ==== 2↑
高温
分析:不对,两个反应的条件是不同的。
【知识链接】
①金属冶炼方法与人类使用金属的关系
金属的冶炼方法与金属的活泼性有关,金属越不活泼,越容易冶 炼,人类发现和使用得越早,金属越活泼,金属越难冶炼,人类使 用得越晚。如约6000年前人类使用铜,而约200年前才使用铝。 ②金属资源利用中的三个问题 a.地球上的金属资源是有限的,不可再生的。 b.金属冶炼技术的Leabharlann Baidu升和创新以及冶炼过程中产生的废水、废

答案：D 解析：根据题意化合价降低最多的消耗的铝最多，A 项 Mn(＋ 4 到 0)，B 项 V(＋5 到 0)，C 项 Cr(＋3 到 0)，D 项 W(＋6 到 0)， 故得到等物质的量的金属单质，D 项化合价降低最多，消耗单质铝 最多。
③高温还原法 适用于大多数中等活泼的金属的冶炼，常用的还原剂有焦炭、 高温 2Fe 一氧化碳、氢气等。如 Fe、Cu 的冶炼为：Fe2O3＋3CO===== 高温 Cu＋CO2。 ＋3CO2，CuO＋CO===== ④其它方法 湿法炼铜 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。 高温 2Cu＋SO2。 火法炼铜 Cu2S＋O2=====
4．某地出产的孔雀石的主要成分是 Cu2(OH)2CO3。 (1)试写出该孔雀石高温分解的化学方程式： 高温 2CuO＋H2O↑＋CO2↑ Cu2(OH)2CO3===== ________________________________________________ 。 (2)试以(1)中所得金属氧化物为原料， 分别采用湿法冶炼和高温 冶炼的方式制取金属铜。供选择的试剂有：①木炭，②铁屑，③生 石灰，④稀硫酸，不得另选其他试剂，写出反应的化学方程式。 A．湿法冶炼：_______________________________________ 、 CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O _________________________________( 可不填满， 也可补充， 下同)。 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 高温 2Cu＋CO2↑ B ．高温冶炼：2CuO _____________________________________ 、 ＋C===== 高温 Cu＋CO↑ _____________________________________ 。 CuO＋C=====

②CuSO4·5H2O 为 蓝 色 晶 体 ， 俗 称 蓝 矾 、 胆 矾 ， 其 受 热 分 解 的 化 学 方 程 式 为 ____C__u_S_O__4·_5_H_2_O__=_=△_=_=_=_C_u__S_O_4_＋__5_H_2_O______，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水
CuSO4 遇水变蓝色(生成 CuSO4·5H2O)，据此可用来检验水的存在。
•金属材料与金属矿物的开发利用创新设计
(1)通常利用反应：2Cu＋O2==△===2CuO 除去混合气体中的少量 O2。 (2)Cu 与稀 H2SO4 不反应，但在通入 O2 的条件下，Cu 可在稀 H2SO4 中逐渐溶解： 2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。 (3)无水 CuSO4 只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。
•金属材料与金属矿物的开发利用创新设计
(3)用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列 问题： ①加入适量NaClO溶液的目的是______________________________________________ __________________________________________(用离子方程式表示)。 ②除去Al3＋发生反应的离子方程式是___________________________________________ ___________________________________________________________。 ③选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。 提供的试剂有：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、高锰酸钾溶液、NaOH溶液、碘水。 所选试剂是________。实验方案：____________________________________________ ___________________________________________________________。

(3)电解法 对于一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它 们还原出来，工业上常用电解法冶炼。例如， 电解 电解 2Al2O3 ===== 4Al＋3O2↑；MgCl2=====Mg＋Cl2↑； 冰晶石 电解 2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑
(4)其他方法 湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 火法炼铜： 高温 Cu2S＋O2=====2Cu＋SO2
第四章
化学与自然资源的开发利用
第四章
第一节 开发利用金属矿物
和海水资源(共2课时)
第四节
第 1 课时 金属矿物的开发利用
新情境·激趣入题
新考题·随堂自测 方法警示探究
新知识·导学探究
新提升·达标作业 新思维·名师讲堂
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新情境· 激趣入题
现在我们家庭中大多都是不锈钢或陶瓷餐具，铝制餐具 已逐渐退出，但在铝刚被提炼出来的19世纪，拿破仑大宴宾 客及大臣时，其他人用银做的餐具而他自己却用铝做的餐 具。1889年，德国著名的化学家门捷列夫到英国伦敦访问和 讲学，英国科学家为表彰他在化学上的杰出贡献，尤其是在 发现元素周期律和建立元素周期表上的贡献，赠给他一件贵 重的奖品，就是用金和铝制成的一架天平。为什么在地壳中 含量比铁还多的金属铝，在19世纪比金还贵重呢？
【答案】 B
【点拨】 和热分解法。 K Ca
金属的冶炼方法通常用电解法、高温还原法

第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
➢ 第一节 自然资源的开发利用
一、金属矿物的开发利用 1. 金属元素的存在形式 除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。
2. 金属的冶炼 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。
得电子，被还原
Mn+(化合态）
➢ 第一节 自然资源的开发利用
（2）海水提溴（空气吹出法）
2Br－ + Cl2 = 2Cl－ + Br2 Br2 + SO2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBwk.baidu.com Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br2
➢ 第一节 自然资源的开发利用
三、煤、石油和天然气的综合利用 1.煤的综合利用 主要途径：通过煤的干馏、气化、液化获得洁净的燃料和多种化工原料。 （1）煤的干馏 将煤隔绝空气 加强热使之分解 的过程，工业上 也叫煤的焦化。
➢ 第一节 自然资源的开发利用
（2）煤的气化 将煤转化为可燃性气体的过程。
主要反应： C(s) + H2O(g) （3）煤的液化
CO(g) + H2(g)
煤的液化
+ H2
液体燃料
直接液化
+ H2O 水煤气 催化剂 间接液化

冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得 到电子变成金属单质。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性逐渐减弱
金属活动性不同，还原方法一样吗？金属活动顺序与金属冶炼有关系吗？
Байду номын сангаас
一、金属矿物的开发利用
3、金属的冶炼方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au
一、金属矿物的开发利用 1、金属元素的存在
黄铜矿
赤铁矿
铝矿
锰矿
(1) 极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。 (2) 绝大多数金属以化合物的形式存在。 (3) 在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。
钨矿
一、金属矿物的开发利用
2、金属的冶炼实质
（化合态）M n+
得电子
M（游离态） （被还原）
① 物理提取法：适用于极不活泼的金属的冶炼。Pt Au ② 热 分 解 法：适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼。 Hg Ag ③ 热 还 原 法：适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼。 Zn Fe Sn Pb Cu ④ 电 解 法：适用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。 K Ca Na Mg Al
工业上采用电解法冶炼铝的材料是Al2O3，而不是AlCl3，这是因为AlCl3是共价 化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不能导电；工业上采用电解法冶炼镁 的材料是MgCl2，而不是MgO，这是因为MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔 融时会消耗大量热能，成本较高。

【探究训练】 根据如图所示一氧化碳还原铁的氧化物的实验装置，回答下列问题。
(1)怎样知道硬质玻璃管中 Fe2O3 已开始发生反应？ ______________________________________________________________。 (2)在 a 处点燃，可观察到什么现象？为什么要点燃？ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________。
(3)Hg 和 Ag 活泼性较弱，其阳离子有较强的氧化性，比较容易得到电子，一般选 择对它们的氧化物进行加热分解的方法冶炼。 (4)Pt 和 Au 在自然界中以单质形式存在，可以选用物理分离的方法把它们提纯出 来。
【拓展提升】几种热还原法的比较 1．分类：
2．优缺点：
H2 还原法 CO 和 C 还原法 铝热法
【拓展提升】计算铝热反应中铝的消耗量的两种解法
解法一：写出并配平化学方程式，根据方程式进行计算。 4Al＋3MnO2=高==温== 2Al2O3 ＋3Mn 2Al＋WO3=高==温== Al2O3＋W Cr2O3＋2Al=高==温== Al2O3＋2Cr 3Fe3O4＋8Al=高==温== 4Al2O3＋9Fe

(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？ ___不__能___(填“能”或“不能”)，理由是 ___镁__比__铝__活__泼__，__铝__不__能__置__换__镁______。
(3)铝热反应的用途有哪些 __用__于__焊__接__钢__轨__；__冶__炼__某__些__金__属_____。
电解法
热还原法
热分解法
在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属 的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，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。
2Al2O3电==解==4Al+3O2↑ 2NaCl电==解==2Na+Cl2↑
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
2.热还原法
高温
Fe2O3+3CO == 2Fe+3CO2
加热
CuO+ H2 == Cu+H2O
要点二 铝热反应 1．反应实验
实验 操作
实验 现象
镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁 粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。 反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
3．(1)在一次化学晚会上，一位同学表演了一 个有趣的魔术：用蘸有饱和硫酸铜溶液的玻璃 棒在一洁净的铁片上点上数处，所点之处，点 铁成“金”。你知道其中的奥妙吗？请用化学 方程式表示其反应原理：

(2)冶炼金属镁：_M__g_C_l_2(_熔__融__)_=_电=_=_解=_=_M__g_＋__C__l2_↑________ (3)冶炼金属铝：_2_A_l_2_O_3_(熔__融___)冰_=电_=晶_=解_=石_=_4_A__l＋___3_O_2_↑______
3. 高温还原法 适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有
答案：CD
解析：金属元素在自然界的分布很广，无论是矿物，还 是动植物体内，或多或少地都含有金属元素。这些金属元素 除了少数以游离态存在外，大多数在自然界中以化合态存 在。
2. 不同金属的冶炼，其冶炼方法也可能不同，主要原因 是( )
A．金属在自然界中的分布不同 B．金属在自然界中的含量不同 C．金属在自然界中的存在形式不同 D．金属的活动性不同
通过以上实验信息，回答下列问题：
(1)写出该反应的化学方程式：
___F_e_2_O_3_＋__2_A_l_=_高=_=_温=_=_A__l2_O__3＋__2_F__e__________________， 在该反应中__F_e_2O__3__是氧化剂，___A__l ___是还原剂，该反应 称为__铝__热____反应。
_焦__炭 ___、__一__氧__化__碳__、__氢__气___等。 (1)高炉炼铁：__F_e_2_O__3＋__3_C__O_=_高=_=_温_=_=_2_F_e_＋__3_C__O_2________ (2)铝热反应炼铁：_2_A__l＋__F__e2_O__3=_高=_=_温_=_=_A_l_2_O_3_＋__2_F_e______

A.Ⅰ,①
B.Ⅱ,②
C.Ⅲ,③
)
D.Ⅳ,④
问题导学
当堂检测
解析:金属冶炼方法的选择与金属在自然界中存在的状态、金属活
动性等有关,需要在理解的基础上加以记忆。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生的反
应分别是:
Ⅰ.Cu2(OH)2CO3
2CuO+CO2↑+H2O
C+2CuO
2Cu+CO2↑
Ⅱ.Fe+CuSO4
FeSO4+Cu
迁移与应用
例 1 冶炼金属一般有下列 4 种方法:①焦炭法
②水煤气(或氢气、一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。这 4
种方法在工业上均有应用。古代有:Ⅰ.火烧孔雀石[Cu2(OH)2CO3]炼铜
Ⅱ.湿法炼铜。现代有:Ⅲ.铝热法炼铬 Ⅳ.从光卤石(MgCl2·
6H2O)中炼
镁。对它们的冶炼方法的分类,不正确的是(
答案:AD
问题导学
当堂检测
1
2
3
4
3.下列冶炼方法中,可将化合物中的金属元素还原为金属单质的是
(
)
A.加热 Al2O3
B.加热 CaCO3
C.电解熔融 NaCl D.氯化钠与铝粉高温共热
解析:Ca、Na、Al 都是活泼的金属,应该用电解法冶炼。故 A、B、D 项
错误,C 项正确。

注： 石油的分馏 （3是）物石油理的变综化合，利用 裂化、裂解、 催化重整是 化学变化。
石油的裂化和裂解：将大分子的重油断裂 再分解为小分子的轻油
石油的催化重整：将石油中链状烃重新调 整结构转化为环状烃
铁架台
温度计
冷凝水出口 蒸
馏
烧
冷
瓶
凝
管
酒
精
灯
冷凝水进口
)
(
尾牛 接角 管管
锥 形 瓶
（三）天然气
1.来源:
煤 石油的燃烧,矿石冶炼,汽车尾气, 工业废气等
1.来源：
石油炼制、工业废水、生活废水、 使用过农药、化肥的农田排水、 降水淋洗大气污染物和地面淋洗 固体垃圾等。
2.危害：
污染水源，改变水质，加剧水源 危害。造成水体富营养化，破坏 海滨风景区。
➢ 绿色化学：又称清洁化学、环境友好化学、环境无害化
获得洁净的燃料和 多种化工原料——
物尽其用，保护环境
原理：把煤隔绝空气加强热使它分解的过程 目的：制备优质焦炭(灰黑色),治金业炼铁
焦 炭：(灰黑色物质),治金工业炼铁用 干 煤焦油：黑褐色油状粘稠物,含芳香族化合物 馏 产 焦炉气： 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳等 品 粗氨水： 用来制氮肥和铵盐
粗 苯： 提取苯、甲苯、二甲苯
（4）电解法（适合一些非常活泼金属）
电解

焦炭混合共热的方法炼铜，其冶炼就去属于（ A ）
A.热还原法 B.湿法炼铜 C.热分解法 D.电解冶炼法
新人教版2019
2021年3月2日星期二
葛 秀 23 桥
练习
• 3、下列有关铝热反应的说法中，不正确的是（ D ）
A.利用了铝的还原性 B.可用于焊接铁轨，反应为 C.可用于冶炼某些高熔点金属 D.能量变化可用如图表示
K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+（H）Cu2+ Hg2+ Ag+ Pt Au
还原剂的还原 性大于还原产
物的还原性
还原 剂
所选还原剂的还原 性越来越强
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
葛
新人教版2019
金属性逐渐减弱，还原性减弱
K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+（H）Cu2+ Hg2+ Ag+ Pt Au 金属离子氧化性逐渐增强
新人教版2019
2021年3月2日星期二
葛 秀 7桥
金属的冶炼方法
• 【思考与讨论】

离法
蒸馏法
2.海水制盐 (1)从海水中制得的氯化钠,可以食用,同时也是生产烧 碱、纯碱、钠、氯气、盐酸的工业原料。 (2)从海水中可以提取___________及其他化工产品。
镁、钾、溴
(3)海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合,成为 海水综合利用的重要方向。如图为海水综合利用的示 意图。
3.从海水中获取能量 (1)从海水中提取铀和重水,用于_____开发。 (2)开发_______、_______等新型核能能源。
在高温下,铝与Fe2O3发生反应,放出大量的热
(1)铝热反应的引燃剂为镁条,助燃剂为氯酸钾。 (2)铝热剂为混合物,是由铝粉和金属氧化物(Fe2O3、 Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末组成的。 (3)镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃;氧化铁 粉末与铝粉要选择干燥的;铝粉要用没有被氧化的,否 则反应难以进行。
【迁移·应用】 1.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)用① B.(Ⅱ)用② C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④
二、海水资源的开发利用 1.海水资源的利用 (1)利用途径:海水的淡化和直接利用海水进行循环冷 却等。

高温
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2
铝热反应
实验4－1 注意观察现象
反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热， 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。
高温
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
铝热剂
铝——还原剂 （活泼金属——可作还原剂）
其它的铝热反应：
问题与讨论 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源， 21世纪人类将重点开发海洋资源。
海水中的化学资源
海水中铀多达45亿吨 是已知陆地铀矿储量 的4500倍。氘有50亿 吨足够人类用上千万 年
含80多种元素，以氢、氧、 氯、钠、镁、硫、钙、钾等 较多。被称为“元素的故乡”。
海洋中的矿产资源
从太空观察地球，看到地球上有七片陆 地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中
海洋石油、天然气开发
海洋能源的利用
具有开发价值的：潮汐发电和波浪发电 此外，铀和重水目前是核能开发的重要原料，从 海水中提铀和重水对一个国家来说具有战略意义。

科学探究：
如何证明海带中有碘离子？ 阅读P91实验4-2
化学方程式： 2KI + H2O2 + H2SO4=== I2+ K2SO4 + 2H2O
然而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Al2O3，当然还是有很多 其它杂质的）中冶炼铝的技术了，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。