开发利用金属矿物和海水资源(第1课时)

黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿人类最早发现和应用的金属分别是：教学目标1、了解金属冶炼的实质、方法2、通过比较不同金属的冶炼，理解不同活动性的金属冶炼方法不同的原因3、了解金属的回收利用与资源的保护自然资源与可持续发展广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。思考：1、金属冶炼指什么？2、为什么不同金属的冶炼方法不同？3、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？阅读教材一、金属矿物的开发和利用请同学们列举出常见金属的名称？这些金属以何种形式存在于自然界中？金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。金属冶炼是把金属矿石中的金属离子还原成单质的过程，经过三个步骤。冶炼的步骤：第一步：矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分含量。第二步：冶炼：利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子还原成单质。第三步：精炼：采用一定方法，提炼纯金属。大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石灰石等，因此在冶炼金属时首先需要富集矿石。在富集好的矿石中利用不同方法将金属还原出来，最后进行提纯。金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强(一)、金属冶炼的方法1、热分解法2、电解法3、热还原法1、热分解法:适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼。2HgO==Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑2、电解法:适用于钾、钠、钙、铝等非常活泼金属的冶炼。电解2NaCl（熔融）====2Na+Cl2↑电解2Al2O3（熔融）====4Al+3O2↑MgCl2（熔融）====Mg+Cl2↑电解3、热还原法:适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼原理：在高温下发生氧化还原反应，常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等。以及一些活泼金属也可做还原剂。实验探究铝热反应：1、步骤2、实验现象3、实验原理铝热反应反应现象：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3高温镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，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，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠铝热反应1．反应原理在高温下，Al作还原剂，将金属氧化物中的金属迅速置换出来，并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易于和Al2O3分离。2．常见铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。3．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。4．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)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出；(4)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；(5)实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤。铝热反应的应用铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。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，冶炼钒、铬、锰等3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高温2、铝热反应｛焊接钢轨冶炼高熔点的金属10Al+3V2O55Al2O3+6V高温利用热还原法冶炼的金属还有:Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温CuO+H2===Cu+H2O高温2CuO+C===2Cu+CO2↑高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温1、不同的金属，冶炼方法不同n+M得电子M（被还原）因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。2、金属活动性顺序金属的冶炼金属活动顺序金属失电子能力金属离子的得电子主要冶炼方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、Ag、强————————————→弱弱————————————→强电解法热还原法热分解法以铝为例，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。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。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2、减少金属的使用量3、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……………(三)、金属的回收金属回收的意义节约矿物资源；节约能源；减少环境污染金属回收的实例废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；定影液用于回收银金属的回收和资源保护1.关于金属元素在自然界存在情况的叙述正确的是()A.金属元素仅存在于矿物中B.金属元素存在于矿物和动物体内，但植物体内不存在金属元素C.少数金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在D.金属元素不仅存在于矿物中，动物和植物体内也存在少量金属元素答案：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．金属的活动性不同答案：D解析：金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得电子变成金属单质，金属的活动性不同，对应金属离子得电子的能力不同，其冶炼方法就可能不同。3.(2010·冀州高一质检)目前，工业上冶炼铝通常采用的方法是()A．CO或氢气还原法B．电解法C．铝热反应法D．热分解法答案：B解析：铝是一种活动性较强的金属，通常采用电解法冶炼。4.下列各组金属最适合用H2或CO把它们从化合物中还原出来的是()A.Ca、MgB.Al、FeC.Fe、CuD.Hg、Ag答案：C解析：在金属活动性顺序中，位于后面的金属(如Hg、Ag等)，适合用热分解法冶炼；位于前面的几种很活泼的金属(如K、Na、Mg、Ca、Al等)适合用电解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼；多数金属(如Fe、Cu等)的冶炼可用热还原法。5.古代的“药金”外观与金相似，常常被误认为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热到800℃得金光闪闪的“药金”。(1)“药金”的主要成分是________。(2)有关冶炼的化学方程式是？Zn、CuZnCO3=====高温ZnO＋CO2↑，2ZnO＋C=====高温2Zn＋CO2↑，2Cu2O＋C=====高温4Cu＋CO2↑解析：在800℃高温下，碳酸锌受热分解成氧化锌和二氧化碳。木炭作还原剂可将ZnO和Cu2O还原为单质。