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1、第四章第四章 化学与自然资化学与自然资源的开发利用源的开发利用 第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 金银人类最早发现和应用的金属分别是：人类最早发现和应用的金属分别是：铜C + 2CuO = CO2 + 2Cu高温高温铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币 铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的的“石器时代石器时代”。 在在公公元元前前6000年年到到7000年年左左右右，人人类类开开始始迈迈进进了了象象征征古古代代文文明明开开端端的的“铜器时代铜器时代”。资料卡片资料卡片Cu2(OH)2CO3 2CuO
2、+ H2O + CO2 孔雀石孔雀石 这是英法联军这是英法联军洗劫焚毁世界建筑洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林史上最杰出的园林圆明园后，被劫圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文掠到国外的珍贵文物物铜虎头铜虎头，20002000年在香港被拍年在香港被拍卖。由中国派员出卖。由中国派员出高价将其赎回。高价将其赎回。勿忘国耻勿忘国耻! 中国还有上百万件珍贵文物流失海外。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，陨石中含铁量高达铁的，陨石中含铁量高达90%以上。以上。 古代阿拉伯人曾传说古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里天上的金雨落
3、进沙漠里变成了黑色的铁变成了黑色的铁”。济济 南南 陨陨 铁铁新新 疆疆 陨陨 铁铁南南极极洲洲陨陨铁铁 除了金、铂等极少数金属外，除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属绝大多数金属以以化合物的形式化合物的形式存在于自然界。怎样才能高效存在于自然界。怎样才能高效地使用这些金属？是化学所需要研究的问题。地使用这些金属？是化学所需要研究的问题。思考：思考：1 1、金属冶炼指的是什么？、金属冶炼指的是什么？2 2、不同金属的冶炼方法是否相同？、不同金属的冶炼方法是否相同？3 3、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？得电子，被还原得电子，被还原Mn+ M +ne-结论
4、：结论：金属位置越靠后，越易被还原，用金属位置越靠后，越易被还原，用一般的还原方法即可；一般的还原方法即可； 金属位置越靠前，越难被还原，要金属位置越靠前，越难被还原，要用较强的还原手段来还原用较强的还原手段来还原金属活动性顺序金属活动性顺序金属活动性顺序金属活动性顺序大约大约100多年前多年前大约大约2500年前年前大约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一、金属矿物的开发利用 1 1、金属的冶炼、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来用于生产和制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
5、在工业上称为金属的冶炼。造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。 法法国国皇皇帝帝拿拿破破仑仑是是一一个个喜喜欢欢炫炫耀耀自自己己的的人人。他他常常常常大大摆摆宴宴席席，宴宴请请天天下下宾宾客客。每每次次宴宴会会，他他总总是是摆摆出出一一副副高高人人一一等等的的样样子子。餐餐桌桌上上的的用用具具几几乎乎全全是是用用银银制制成成的的，唯唯有有他他自自己己用用的的那那一一个个碗碗却却是是铝铝制制品品。为为什什么么贵贵为为法法国国皇皇帝帝，在在当当时时却却不不用用高高贵贵而而亮亮丽丽的的银银碗碗，而而用用色色泽泽要要暗暗得得多的铝碗呢？多的铝碗呢？思思考考拿破仑拿破仑 与与铝碗铝碗100多年前，
6、为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，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的奖杯铝杯，赠送给门捷列夫。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，直至度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。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（主要成艺不
7、断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是分是Al2O3，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，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。万户。 今天铝的产量仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代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，铝在工业上被称为文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为 “ “钢精钢精”，因，因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用为它的合金不但轻，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于建材之外，还
8、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，美国的阿波罗星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗1111号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占75%75%左右，左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。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，每注意：正常人的人体内，每70公斤体重约含公斤体重约含61毫克铝。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入人脑，与神经元细胞释放出来的具
9、有传递信息功能的有机碱反应，机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。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欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。才掌握这一技术。 1996年之后，
10、我国再度成为钢铁产年之后，我国再度成为钢铁产量最大的国家。量最大的国家。2 金属冶炼的步骤金属冶炼的步骤矿石的富集（除去杂质）矿石的富集（除去杂质）冶炼（一定条件下，把矿石中的金属冶炼（一定条件下，把矿石中的金属离子还原成金属单质）离子还原成金属单质）精炼（采用一定的方法提炼纯金属）精炼（采用一定的方法提炼纯金属） 3 3、金属冶炼的方法、金属冶炼的方法（1）、热分解法）、热分解法（适合一些不活泼金属）（适合一些不活泼金属）2HgO 2Hg O2 加热加热2Ag2O 4AgO2 加热加热（2）、电解法（适合一）、电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属） MgCl2 (熔融熔融) Mg Cl
11、2 电解电解2NaCl (熔融熔融) 2NaCl2 电解电解2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2 电解电解冰晶石冰晶石铝土矿铝土矿（3 3）、热还原法）、热还原法（适合（适合大多数金属）大多数金属） （常用的还原剂有：焦炭、（常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 ） Fe2O33CO 2Fe3CO2 高温高温（高炉炼铁的主要反应）（高炉炼铁的主要反应）小结：冶金的一般方法：小结：冶金的一般方法：可见，可见，越活泼的金属越难冶炼越活泼的金属越难冶炼K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热分热分解法解法Pt、 Au主
12、要冶炼主要冶炼方法方法金属离子金属离子的得电子的得电子 金属失电金属失电子能力子能力金属活动金属活动顺序顺序物理提物理提取法取法常见还原剂除常见还原剂除焦碳、焦碳、CO、H2外外, ,还有哪些呢还有哪些呢?铝热反应铝热反应（实验（实验41）铝铝热热反反应应的的应应用用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。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，冶炼钴、铬、锰等。反应现象反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发
13、出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。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：相关化学反应方程式：结论：结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金铝也是还原剂，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。一些活泼的金属也可作还原剂。2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温 3MnO24Al 2Al2O33Mn高温高温铝某些金属氧化物铝某些金属氧化物 Al2O3金属金属高温高温 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。
14、当前全球原铝的年产量约矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上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的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合
15、金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省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。以上的能源消耗。 据有关资料统计，据有关资料统计， 每每生生产产一一吨吨原原铝铝锭锭需需要要消消耗耗能能源源2132TJ(电电能能约约占占82)，而而生生产产一一吨吨再再生生铝铝合合金金锭锭所所需需能能源源消消耗耗为为55TJ(燃燃料料约约占占80)，仅仅为为原原铝铝锭锭生生产产能能源源消消耗耗的的26，优优势势比比较较明明显显。由由于于铝铝可可以以反反复复循循环环使使用用，从从再再生生铝铝废废料料中中再再生生产产铝铝，其其节节能能效效果果更更加加显显著著。另另外外，再再生生铝铝生生产产
16、中中二二氧氧化化碳碳的的产产生生量量和和排排放放量量与与原原铝铝生生产产相相比比，大大为为减减少少。有有资资料料统统计计，再再生生铝铝生生产产可可比比用用水水电电生生产产原原铝铝减减少少二二氧氧化化碳碳排排放放量量91%，比比用用燃燃油油发发电电减减少少二二氧氧化化碳碳排排放放量量97以以上上，比比用用煤煤发发电电减减少少的的二二氧氧化化碳碳排排放放量量更更多多，环环保保效益十分显著。效益十分显著。 小资料4、金属资源的可持续发展、金属资源的可持续发展回收和再利用回收和再利用提高金属矿物的利用率提高金属矿物的利用率减少金属的使用量减少金属的使用量使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料
17、金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护1 1、金属冶炼的目的是、金属冶炼的目的是 （ ）A A、把金属化合物还原为金属单质、把金属化合物还原为金属单质 B B、除去金属中的杂质、除去金属中的杂质C C、把金属单质变为氧化物、把金属单质变为氧化物 D D、把电能转变为化学能、把电能转变为化学能2 2、工业上常采用电解法冶炼的金属是、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ） A A、Fe BFe B、Cu CCu C、Al DAl D、AgAg3 3、宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种、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，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：这是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程式： 。AC FeCu2+ CuFe2+ 练习练习:
