第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)

自然資源的開發(fā)利用課時(shí)1金屬礦物的開發(fā)利用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解金屬在自然界中的存在形式，掌握金屬冶煉的一般方法和原理。2．以金屬礦物的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化綜合利用資源的方法，體會(huì)化學(xué)對促進(jìn)人與自然和諧相處的意義。人們在生活和生產(chǎn)中使用的金屬材料多為合金，它是由金屬單質(zhì)加工獲得的。那么人們是如何獲得金屬單質(zhì)？金屬礦物又是如何開發(fā)和利用的呢？多功能軍工刀高壓鈉燈銅導(dǎo)線鐵鍋不銹鋼鍋鈦合金羽毛球拍鎳合金門鎖鉑合金首飾鈉鉀合金1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？3.金屬冶煉指什么？4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？6.鋁熱反應(yīng)？7.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源有哪些主要途徑？閱讀課本P98—99，完成下列問題：思、議

6分鐘閱讀課本P98資料卡片自然資源與可持續(xù)發(fā)展，聯(lián)系生活，了解自然資源的分類和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)和分類。自然資源分類與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)土地與土壤資源礦產(chǎn)資源生物資源水資源能源資源環(huán)境資源自然資源經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展可再生資源不可再生資源植物、微生物、可降解塑料袋、水資源、地?zé)豳Y源等金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)(煤、石油、天然氣、土壤等)、核能等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？3.金屬冶煉指什么？4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？6.鋁熱反應(yīng)？7.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源有哪些主要途徑？閱讀課本P98—99，完成下列問題：思、議

6分鐘金屬元素在自然界的存在游離態(tài)：化合態(tài)：少數(shù)不活潑金屬例：金、鉑及少量銅、銀、隕鐵金鉑絕大多數(shù)金屬以礦物質(zhì)形式存在銅銀隕鐵隕鐵：從外太空隕落到地面的含鐵較多的隕石或純鐵。隕鐵的使用始于4500多年前含鐵的礦物有赤鐵礦（Fe2O3）、磁鐵礦（Fe3O4）、菱鐵礦（FeCO3）等。赤鐵礦（Fe2O3）磁鐵礦（Fe3O4）菱鐵礦銅礦有黃銅礦(CuFeS2)、斑銅(Cu2FeS4)、孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]等。黃銅礦孔雀石鋁礦主要有鋁土礦(Al2O3·H2O；Al2O3·3H2O)和明礬[K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3]鋁土礦明礬石礦1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？3.金屬冶煉指什么？4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？6.鋁熱反應(yīng)？7.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源有哪些主要途徑？閱讀課本P98—99，完成下列問題：思、議

6分鐘金屬冶煉用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)金屬即：Mn++ne-M3、金屬的冶煉:即，用還原的方法，使化合態(tài)的金屬陽離子得到電子形成金屬單質(zhì)金屬離子(Mn+)被還原的難易程度不同4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？或說，由于不同的金屬離子得電子的能力不同,所以冶煉的方法不同。不活潑的金屬K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au非常活潑的金屬中等活潑的金屬青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代鋁等多種金屬的使用

資料1.古代煉丹術(shù)家葛洪的《抱樸子》中記載有“丹砂燒之成水銀”；唐代詩人劉禹錫在《浪淘沙九首》中有云：“日照澄洲江霧開,淘金女伴滿江隈。美人首飾侯王印,盡是沙中浪底來”；北宋科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗．挹其水熬之，則成膽礬，烹膽礬則成銅；熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”。

以上資料中涉及了哪些金屬的“冶煉”？丹砂:HgS資料2.中國是世界最早對金屬資源進(jìn)行利用的國家。（1）火法煉銅，將孔雀石和焦炭混合加熱煉銅。先將孔雀石[Cu2(OH)2CO3]加熱分解成黑色固體、水和二氧化碳三種氧化物，然后利用焦炭去高溫還原獲得金屬銅。方程式為:Cu2(OH)2CO3==2CuO+CO2↑+H2O

△2CuO+C==2Cu+CO2↑高溫【討論】（1）這種金屬的冶煉方法稱為什么方法？（2）這種方法適用于什么類型的金屬的冶煉？（3）這種方法常用的還原劑有哪些？熱還原法適用于金屬活動(dòng)性介于Zn-Cu之間的大多數(shù)金屬的冶煉。C、CO、H2和Al等。1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？3.金屬冶煉指什么？4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？6.鋁熱反應(yīng)？7.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源有哪些主要途徑？閱讀課本P98—99，完成下列問題：思、議

6分鐘資料3.近代1886年，美國大學(xué)生霍爾和法國大學(xué)生艾魯獨(dú)立研究電解制鋁。在實(shí)驗(yàn)中霍爾發(fā)現(xiàn)向氧化鋁中加入冰晶石，可以將氧化鋁熔化的溫度從2050°C降到950°C。這一創(chuàng)新是人類可以大規(guī)模的生產(chǎn)鋁。寫出方程式，并指出創(chuàng)新的價(jià)值是什么？思考討論：選擇合適角度對常見金屬冶煉的反應(yīng)進(jìn)行分類。2Al2O3===4Al+3O2↑通電冰晶石鋁熱反應(yīng)現(xiàn)象：1、鎂條劇烈燃燒2、氧化鐵與鋁粉發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，放出耀眼的白光，火星四射3、漏斗下部燒穿，有熔融物落入細(xì)沙中原理：鋁熱劑：鋁粉+金屬氧化物

(V2O5

Cr2O3MnO2FexOy等)鋁與某些難熔金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高溫條件下發(fā)生的置換反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。應(yīng)用：反應(yīng)特點(diǎn)：在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)迅速并放出大量的熱，新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3(固態(tài))分離。①焊接鋼軌；②定向爆破；③冶煉熔點(diǎn)高的金屬（如鎢、釩、鉻、錳等）1、鋁熱反應(yīng)需要高溫條件，是否還需要持續(xù)加熱？

鋁熱反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱可以維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，因此不需要持續(xù)加熱。2、實(shí)驗(yàn)中，鎂條、氯酸鉀的作用是什么？引發(fā)反應(yīng)的操作是什么？

鎂條是引燃劑，氯酸鉀為助燃劑，點(diǎn)燃鎂條，促使氯酸鉀分解，釋放出氧氣，使鎂條更劇烈燃燒，單位時(shí)間內(nèi)放出更多熱量，從而引發(fā)Al和Fe2O3發(fā)生反應(yīng)。3、蒸發(fā)皿中鋪少量細(xì)沙的作用是什么？一是防止蒸發(fā)皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。4、據(jù)反應(yīng)原理，F(xiàn)e2O3和Al的質(zhì)量比為多少最好？3∶1或鋁稍稍過量【討論1】回憶如何制備金屬鈉？

適合冶煉活動(dòng)性很強(qiáng)的金屬K~Al（排在Zn前）消耗大量的電能，成本較高【討論2】這種方法適用于什么類型的金屬的冶煉？【討論3】用這種方法冶煉金屬有什么缺點(diǎn)？(4)電解法——適用于很活潑的金屬（KCaNaMgAl）①制Mg：______________________。②制Al：_______________________。③制Na：_______________________。注：①“熔融”而不是水溶液。②必須是離子化合物，共價(jià)化合物熔融不導(dǎo)電。思考：冶煉金屬鋁時(shí)為啥要定期更換碳素電極？高溫下，碳會(huì)被氧氣氧化【思考2】能否電解飽和的氯化鈉溶液來制取鈉？

不能2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑

電解Na3AlF6降低氧化鋁的熔點(diǎn)【思考1】已知有關(guān)物質(zhì)的熔沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表:物質(zhì)MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔點(diǎn)/oC28522054714190（以分子形式存在）沸點(diǎn)/oC360029801412180參考上述數(shù)據(jù)填空和回答問題.(1)工業(yè)上為什么常用電解熔融MgCl2的方法生產(chǎn)金屬鎂,而不用電解MgO的方法生產(chǎn)鎂?(2)工業(yè)上為什么常用電解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生產(chǎn)金屬鋁,而不用電解AlCl3的方法生產(chǎn)鋁?因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2,所以電解熔融的MgO需要更多的能量,更高的溫度,成本更高。從表中可以發(fā)現(xiàn),AlCl3的熔點(diǎn)很低,且沸點(diǎn)比熔點(diǎn)低,易升華;

是共價(jià)化合物，熔融時(shí)不存在離子,不能導(dǎo)電,故不能被電解。

（3）常用電解Al2O3為什么加冰晶石？1.什么是自然資源？可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)指什么？2.金屬元素在自然界以化合態(tài)還是游離態(tài)存在？3.金屬冶煉指什么？4.為什么不同金屬的冶煉方法不同？5.金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉有什么關(guān)系？6.鋁熱反應(yīng)？7.合理開發(fā)和利用金屬礦物資源有哪些主要途徑？閱讀課本P98—99，完成下列問題：思、議

6分鐘啟示1:從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁消耗的能量，可知在實(shí)際生產(chǎn)過程中必須考慮投入與產(chǎn)出，要考慮成本。啟示2:加強(qiáng)度舊金屬的回收和再利用是合理開發(fā)和利用金屬資源的重要途徑。要樹立金屬垃圾也是一種寶貴資源的理念。在日常生活中，要大力倡導(dǎo)金屬垃圾的分類回收和再利用，養(yǎng)成自覺珍惜自然資源、節(jié)約資源、愛惜環(huán)境和保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。啟示3:實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，從金屬礦物到純凈金屬的冶煉過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，往往涉及許多其他物質(zhì)和反應(yīng)，在得到所需產(chǎn)品的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生廢棄物。因此必須考慮廢棄物的處理和生產(chǎn)對環(huán)境的影響，形成綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。合理開發(fā)和利用金屬資源的原因及途徑(1)_________________________；(2)開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法；(3)________________________；(4)_______________________________；(5)使用其他材料代替金屬材料。提高金屬礦物的利用率防止金屬的腐蝕加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用（1）資源有限且分布不均（2）金屬的冶煉消耗許多能量（3）金屬冶煉造成環(huán)境污染（4）金屬腐蝕造成大量損失1.原因：2.措施：利用鋁土礦制取氧化鋁：a．酸溶法的工藝流程：上述過程中①、②反應(yīng)的離子方程式分別為①

；②

；反應(yīng)③的化學(xué)方程式：

。b．堿溶法的工藝流程：上述過程中①、②反應(yīng)的離子方程式分別為①

；②

。AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-(1)在自然界中金屬元素都以化合態(tài)的形式存在(

)(2)利用化合物冶煉金屬時(shí)，金屬元素一定發(fā)生還原反應(yīng)(

)(3)越活潑的金屬元素，人類利用的越晚(

)(4)用熱還原法冶煉金屬時(shí)，可以用H2將Mg從化合物中還原出來(

)(5)鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是用鋁將比鋁活潑性弱的金屬從其化合物中置換出來()(6)可以通過電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉(

)(7)可以通過電解熔融的MgO和AlCl3來制備金屬M(fèi)g、Al(

)×√×√××√2.冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C或H2、CO作為還原劑還原法；②熱分解法；③電解法；④鋁熱法?，F(xiàn)冶煉下列金屬：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，試標(biāo)明適宜的冶煉方法。Al：

；Mg：

；Cu：

；Hg：

；Mn：

。③③①②④3、鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。因此從鋁土礦中提Al2O3的流程可以設(shè)計(jì)成兩種方案。上述過程殘?jiān)统恋淼幕瘜W(xué)式分別為_______、_______前后濾液的主要陽離子的符號(hào)分別為_______________、_______寫出該過程①②離子方程式分別為①___________________________________________________________________

②

；a．酸溶法的工藝流程：AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-①②SiO2Fe(OH)3Al3+Fe3+Na+Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O上述過程殘?jiān)统恋淼幕瘜W(xué)式分別為_______、_______前后濾液的主要陽離子的符號(hào)分別為_______、_______寫出該過程①②離子方程式分別為__________________________________________________________________________________________；反應(yīng)③的化學(xué)方程式_______________________________b