第8章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 第1课时 金属矿物的开发利用 导入一 在自然界中,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。但我们往往使用的金属材料是纯金属或合金,那么如何从矿石中得到金属单质呢? 导入二 我国晋代炼丹术士葛洪所著《抱朴子》中记载:“丹砂烧之成水银。”北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载有:“信州铅山县有苦泉,流以为涧。挹其水熬之,则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。” 以上文献中涉及了哪些金属的冶炼? 导入三 冶金,是指从矿物中提取金属或金属化合物,用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金具有悠久的发展历史,从石器时代到随后的青铜器时代,再到近代钢铁冶炼的大规模发展,人类发展的历史融合了冶金的发展历史。冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金。随着物理化学在冶金中成功的应用,冶金从工艺走向科学,于是有了大学里的冶金工程专业。 金属矿物是如何开发利用的呢? 这节课我们一起来探讨。 一、金属矿物的开发利用 播放视频“钢铁是怎样炼成的”。 一、金属矿物的开发利用 阅读教材,思考并交流以下几个问题。 1.金属的冶炼指什么? 2.金属冶炼有哪些方法? 金属活动性顺序与金属冶炼方法有没有联系? 如果有,有什么规律吗? 1.金属冶炼：将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。例如： 一、金属矿物的开发利用 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。 3.金属的冶炼方法: (1)物理提取法:用于提取最不活泼的金属。Au、Pt等金属在自然界中主要以单质的形式存在,可用物理方法分离得到,如“沙里淘金”。 特点:适用于极不活泼的金属的冶炼。 一、金属矿物的开发利用 (2)热分解法:对一些不活泼金属(如 Hg、Ag),可以直接用加热分解的方法将它们从其化合物中还原出来。例如: 2HgO 2Hg+O2↑、2Ag2O 4Ag+O2↑ 特点:适用于一些不活泼的金属(如 Hg、Ag)。 思考:古代炼丹术士葛洪,曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”。此冶炼方法涉及的化学反应是什么呢? HgS Hg+S 一、金属矿物的开发利用 (3)电解法:对一些非常活泼的金属,采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来,工业上常用电解法冶炼。例如: 2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑ MgCl2(熔融) Mg + Cl2↑ 2Al2O3(熔融) 4Al + 3O2↑ 特点:适用于 K、Ca、Na、Mg、Al等非常活泼的金属。 一、金属矿物的开发利用 思考：为什么冶炼镁时电解 MgCl2而不是 MgO,冶炼铝时电解 Al2O3而不是 AlCl3? (已知:MgO的熔点为2 852 ℃,MgCl2的熔点为118 ℃) 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。 一、金属矿物的开发利用 (4)热还原法:大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应来完成的,常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等,如用氢气还原氧化铜、用一氧化碳还原氧化铁。一些活泼金属也可作还原剂,将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来,如铝热反应。 CuO + H2 Cu + H2O Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3 一、金属矿物的开发利用 特点:适用于大多数中等活泼金属的冶炼,用于冶炼较活泼的金属,在金属活动性顺序表中居于中间区域的金属(如Zn、Fe、Sn、Pb、Cu)可用此法。 思考:当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,让熔融的铁水流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起。其中的原理是什么呢? 铝热反应 一、 ... ...
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