高中化学人教必修2课件-4开发利用金属矿物和海水资源 24页

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 人类最早发现和应用的金属分别是： C + 2CuO == CO2 ↑ + 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 Cu2(OH)2CO3 ＝ 2CuO + H2O + CO2↑ 孔雀石 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。勿忘国耻!!! 中国还有上百万件珍贵文物流失海外。 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 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。怎样才能高效 地使用这些金属？是化学所需要研究的问题。 思考： 1、金属冶炼指的是什么？ 2、不同金属的冶炼方法是否相同？ 3、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？ 得电子，被还原 Mn+ M +ne- 结论：①金属位置越靠后，越易被还原，用 一般的还原方法即可； ②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 一、金属矿物的开发利用 1、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的 过程在工业上称为金属的冶炼。 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 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。 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。 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。 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。 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。 1996年之后，我国再度成为钢铁产量最大的国家。 2 金属冶炼的步骤 矿石的富集（除去杂质） 冶炼（一定条件下，把矿石中的金属 离子还原成金属单质） 精炼（采用一定的方法提炼纯金属） 3、金属冶炼的方法 （1）、热分解法（适合一些不活泼金属） 2HgO 2Hg ＋ O2 ↑加热 2Ag2O 4Ag＋O2 ↑加热 （2）、电解法（适合一些非常活泼金属） MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑电解 2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑电解 2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑电解 冰晶石铝土矿 （3）、热还原法（适合大多数金属） （常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 ） Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 高温 （高炉炼铁的主要反应） 小结：冶金的一般方法： 可见，越活泼的金属越难冶炼 K、Ca、Na、 Mg、Al Zn、Fe、Sn、 Pb（H）、Cu Hg、 Ag 强————————————→弱 弱————————————→强 电解法 热还原法 热分 解法 Pt、 Au 主要冶炼 方法 金属离子 的得电子 金属失电 子能力 金属活动 顺序 物理提 取法 常见还原剂除焦碳、CO、H2外,还有哪些呢? 铝热反应（实验4－1） 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。 反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白 光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。 相关化学反应方程式： 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。 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 高温 3MnO2＋4Al 2Al2O3＋3Mn高温 铝＋某些金属氧化物 Al2O3＋金属高温 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 8 2 ％ ) ， 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。　 4、金属资源的可持续发展 回收和再利用 提高金属矿物的利用率 减少金属的使用量 使用其他材料代替金属材料 …… 金属的回收和资源保护 1、金属冶炼的目的是 （ ） A、把金属化合物还原为金属单质 B、除去金属中的杂质 C、把金属单质变为氧化物 D、把电能转变为化学能 2、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ） A、Fe B、Cu C、Al D、Ag 3、宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种 苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅， 这是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程 式： 。 A C Fe＋Cu2+ ＝ Cu＋Fe2+ 练习: