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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用课文ppt课件
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用课文ppt课件，共28页。PPT课件主要包含了发现与思考等内容，欢迎下载使用。
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第一课时 金属矿物的开发利用
1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2．以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质的性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。
1.科学探究与创新意识：能从自然资源的开发利用的问题出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验进行实验探究。2．科学态度与社会责任：能分析化学科学在开发利用自然资源，促进科技发展和社会文明等方面的价值和贡献。
金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
阅读课本P98资料卡片自然资源与可持续发展，联系生活，了解自然资源的分类和可持续发展的目标和分类。
经济可持续发展、社会可持续发展资源可持续发展、环境可持续发展
一、自然资源分类与可持续发展目标
植物、微生物、可降解塑料袋、水资源、地热资源等
金属矿产和非金属矿产(煤、石油、天然气、土壤等)、核能等
二、金属元素在自然界中存在的形态
1、生活中常用到哪些金属？2、它们在自然界常以什么形态存在？
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
(2)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。
(3)在地壳中，含量最高的金属元素是____，其次是____。
1、原理：将金属从化合物中_______出来。2、实质：化合物中金属_______电子被_______生成金属单质。
深度思考：如图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。
(1)地壳中铝的含量比铁和铜高，但是铝使用的时间却远远晚于铜和铁，这是为什么呢？
铝的活动性强，自然界中没有单质铝，铝元素在自然界中主要存在于铝土矿中。
(2)根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？
金属的活动性越弱，人类开发、利用它的时间越早；金属的活动性越强，人类开发、利用它的时间越迟。
(4)金属活动性不同，还原方法一样吗？金属活动顺序与金属冶炼有关系吗？
(3)找出你熟悉的2～3种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关的化学方程式。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
(1)物理方法——富集法适用于极不活泼的金属（如：铂Pt、金 Au ）
《浪淘沙》 -刘禹锡日照澄洲江雾开，涛金女伴满江隈。 美人首饰侯王印，尽是沙中海底来。
思考：沙里淘金的分离原理？
淘金原理：金的密度比沙大，淘去粗沙后的砂金。
古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS)烧之成水银”
(2)热分解法——适用于不活泼的金属（Ag、Hg）
3000多年前我国古代劳动人民就掌握了孔雀石炼铜工艺，他们将孔雀石（主要成分）Cu2(OH)2CO3和木炭一起加热就可得到红色的金属铜。请同学们写出化学方程式。
【讨论】（1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？（2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？（3）这种方法常用的还原剂有哪些？
适用于金属活动性介于Zn-Cu之间的大多数金属的冶炼。
C、CO、H2和Al等。
（3）化学法——热还原法（大部分活泼金属）
常用还原剂：C、H2 、CO、 活泼金属
高炉炼铁：H2还原氧化铜：
1、镁条剧烈燃烧2、氧化铁与铝粉发生剧烈反应，放出大量的热，放出耀眼的白光，火星四射3、漏斗下部烧穿，有熔融物落入细沙中
2、反应原理(以铝和氧化铁反应为例)：Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3，实验如图。
1、定义：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。
3、现象：（1）镁条剧烈燃烧（2）氧化铁与铝粉发生剧烈反应，放出大量的热，放出耀眼的白光，火星四射（3）漏斗下部烧穿，有熔融物落入细沙中
铝粉 + 金属氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy等)
注意：只有Al和比Al活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂。
点燃镁条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。
想一想：能否利用铝热反应制取镁？
（1)铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？（2)实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么? （3)蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？
防止蒸发皿炸裂，防止熔融的液体溅出伤人
5、反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3(固态)分离。
【讨论1】回忆如何制备金属钠？
适合冶炼活动性很强的金属K~Al（排在Zn前）
消耗大量的电能，成本较高
【讨论2】这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
【讨论3】用这种方法冶炼金属有什么缺点？
(4)电解法——适用于很活泼的金属（K Ca Na Mg Al ）
①制Mg：______________________。②制Al：_______________________。③制Na：_______________________。
注：①“熔融” 而不是水溶液。②必须是离子化合物，共价化合物熔融不导电。
思考：冶炼金属铝时为啥要定期更换碳素电极？
高温下，碳会被氧气氧化
【思考2】能否电解饱和的氯化钠溶液来制取钠？
Na3AlF6 降低氧化铝的熔点
【思考1】已知有关物质的熔沸点数据如下表:
参考上述数据填空和回答问题.(1)工业上为什么常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,而不用电解MgO的方法生产镁?
(2)工业上为什么常用电解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生产金属铝,而不用电解AlCl3的方法生产铝?
因为MgO的熔点远高于MgCl2,所以电解熔融的MgO需要更多的能量,更高的温度,成本更高。
从表中可以发现,AlCl3的熔点很低,且沸点比熔点低,易升华; 是共价化合物，熔融时不存在离子,不能导电,故不能被电解。
（3）常用电解Al2O3为什么加冰晶石？
（2）湿法炼铜
拓展视野之二——铜的冶炼
用矿(硫化矿，主要成分为Cu2S)二百五十箩……入大旋风炉，连烹(灼烧) 三日三夜，方见成铜。 ——明·陆容《菽园杂记》
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
CuSO4 + Fe == Cu + FeSO4
（3）火法炼铜
2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
Cu2S+O2 == 2Cu+SO2
难挥发性物质制备易挥发性的物质
利用细菌将矿石分化得到铜
拓展视野之三——钾的冶炼
(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在( )(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应( )(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚( )(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来( )(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来( )(6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠( )(7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al( )
2.冶炼金属常用以下几种方法：①以C或H2、CO作为还原剂还原法 ；②热分解法 ；③电解法 ；④铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。
思考：地壳中含量最多的金属元素是什么？铝元素在地壳中主要以铝土矿（主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等）的形式存在，那么如何从铝土矿中提取铝呢？
采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼
除杂,提高矿石中有用成分的含量
启示1:从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。
启示2:加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。
启示3:实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。
铅、锌、锑金、铜、铁汞等
铜、铅、锌、金、银、铁、锰等
铁矿、重晶石、石灰石等
阅读课本P99第一自然段思考：为什么要合理开发和利用金属矿物资源？如何有效利用金属矿物?
(1)_________________________；(2)开发环保高效的金属冶炼方法；(3)________________________；(4)_______________________________；(5)使用其他材料代替金属材料。
提高金属矿物的利用率
加强废旧金属的回收和再利用
四、合理开发和利用金属资源的原因及途径
（1）资源有限且分布不均
（2）金属的冶炼消耗许多能量
（3）金属冶炼造成环境污染
（4）金属腐蚀造成大量损失
一、金属元素在自然界中的存在形式
二、金属的冶炼原理及步骤
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
四、合理开发和利用金属矿物资源
1.铝能用于冶炼难熔的金属(如Cr、V、Mn等)，这不是因为（ ）A.铝具有还原性 B.铝具有导电性C.铝较Cr、V、Mn等价格便宜 D.冶炼反应放出大量的热
2.在熔融状态下 可用Na与KCl反应制金属K，Na+KCl=K+NaCl。调整合适的温度，可以分离出K单质。已知四种物质的熔、沸点如下：
根据上表数据，用Na与KCl反应制K的适宜温度是( )A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃ C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃
4.在冶金工业上,①均能用热还原法制得的一组金属是( )。Na、Mg、Al B. Na、Zn、Fe C. Zn、Fe、Cu D. Mg、Al、Zn、Fe②常采用电解法冶炼的金属是（ ）A.Fe B.Cu C.Al D.Ag③可用热分解法就可能制得的金属有（ ）A. Cu Zn B. Ca K C. Ag Hg D. Na Al
3.已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测，下列事件发生在铁器时代之前的是（ ）A.金属钠的使用 B.青铜器的大量使用C.海水提镁 D.铝热法制铬
5、铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。因此从铝土矿中提Al2O3的流程可以设计成两种方案。
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、 _______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______________、_______写出该过程①②离子方程式分别为①___________________________________________________________________ ② ；
a．酸溶法的工艺流程：
AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-
Al3+ Fe3+
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、_______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______、_______写出该过程①②离子方程式分别为__________________________________________________________________________________________；反应③的化学方程式_______________________________
b．碱溶法的工艺流程：
SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第一课时 金属矿物的开发利用
1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2．以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质的性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。
1.科学探究与创新意识：能从自然资源的开发利用的问题出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验进行实验探究。2．科学态度与社会责任：能分析化学科学在开发利用自然资源，促进科技发展和社会文明等方面的价值和贡献。
金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
阅读课本P98资料卡片自然资源与可持续发展，联系生活，了解自然资源的分类和可持续发展的目标和分类。
经济可持续发展、社会可持续发展资源可持续发展、环境可持续发展
一、自然资源分类与可持续发展目标
植物、微生物、可降解塑料袋、水资源、地热资源等
金属矿产和非金属矿产(煤、石油、天然气、土壤等)、核能等
二、金属元素在自然界中存在的形态
1、生活中常用到哪些金属？2、它们在自然界常以什么形态存在？
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
(2)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。
(3)在地壳中，含量最高的金属元素是____，其次是____。
1、原理：将金属从化合物中_______出来。2、实质：化合物中金属_______电子被_______生成金属单质。
深度思考：如图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。
(1)地壳中铝的含量比铁和铜高，但是铝使用的时间却远远晚于铜和铁，这是为什么呢？
铝的活动性强，自然界中没有单质铝，铝元素在自然界中主要存在于铝土矿中。
(2)根据以上金属的活动性和人类开发利用这些金属时间的数据，你发现了什么规律？
金属的活动性越弱，人类开发、利用它的时间越早；金属的活动性越强，人类开发、利用它的时间越迟。
(4)金属活动性不同，还原方法一样吗？金属活动顺序与金属冶炼有关系吗？
(3)找出你熟悉的2～3种金属单质，说明它们的制备方法，写出有关的化学方程式。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
(1)物理方法——富集法适用于极不活泼的金属（如：铂Pt、金 Au ）
《浪淘沙》 -刘禹锡日照澄洲江雾开，涛金女伴满江隈。 美人首饰侯王印，尽是沙中海底来。
思考：沙里淘金的分离原理？
淘金原理：金的密度比沙大，淘去粗沙后的砂金。
古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂(HgS)烧之成水银”
(2)热分解法——适用于不活泼的金属（Ag、Hg）
3000多年前我国古代劳动人民就掌握了孔雀石炼铜工艺，他们将孔雀石（主要成分）Cu2(OH)2CO3和木炭一起加热就可得到红色的金属铜。请同学们写出化学方程式。
【讨论】（1）这种金属的冶炼方法称为什么方法？（2）这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？（3）这种方法常用的还原剂有哪些？
适用于金属活动性介于Zn-Cu之间的大多数金属的冶炼。
C、CO、H2和Al等。
（3）化学法——热还原法（大部分活泼金属）
常用还原剂：C、H2 、CO、 活泼金属
高炉炼铁：H2还原氧化铜：
1、镁条剧烈燃烧2、氧化铁与铝粉发生剧烈反应，放出大量的热，放出耀眼的白光，火星四射3、漏斗下部烧穿，有熔融物落入细沙中
2、反应原理(以铝和氧化铁反应为例)：Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3，实验如图。
1、定义：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。
3、现象：（1）镁条剧烈燃烧（2）氧化铁与铝粉发生剧烈反应，放出大量的热，放出耀眼的白光，火星四射（3）漏斗下部烧穿，有熔融物落入细沙中
铝粉 + 金属氧化物 (V2O5 Cr2O3 MnO2 FexOy等)
注意：只有Al和比Al活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂。
点燃镁条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。
想一想：能否利用铝热反应制取镁？
（1)铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？（2)实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么? （3)蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？
防止蒸发皿炸裂，防止熔融的液体溅出伤人
5、反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3(固态)分离。
【讨论1】回忆如何制备金属钠？
适合冶炼活动性很强的金属K~Al（排在Zn前）
消耗大量的电能，成本较高
【讨论2】这种方法适用于什么类型的金属的冶炼？
【讨论3】用这种方法冶炼金属有什么缺点？
(4)电解法——适用于很活泼的金属（K Ca Na Mg Al ）
①制Mg：______________________。②制Al：_______________________。③制Na：_______________________。
注：①“熔融” 而不是水溶液。②必须是离子化合物，共价化合物熔融不导电。
思考：冶炼金属铝时为啥要定期更换碳素电极？
高温下，碳会被氧气氧化
【思考2】能否电解饱和的氯化钠溶液来制取钠？
Na3AlF6 降低氧化铝的熔点
【思考1】已知有关物质的熔沸点数据如下表:
参考上述数据填空和回答问题.(1)工业上为什么常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,而不用电解MgO的方法生产镁?
(2)工业上为什么常用电解Al2O3冰晶石熔融混合物的方法生产金属铝,而不用电解AlCl3的方法生产铝?
因为MgO的熔点远高于MgCl2,所以电解熔融的MgO需要更多的能量,更高的温度,成本更高。
从表中可以发现,AlCl3的熔点很低,且沸点比熔点低,易升华; 是共价化合物，熔融时不存在离子,不能导电,故不能被电解。
（3）常用电解Al2O3为什么加冰晶石？
（2）湿法炼铜
拓展视野之二——铜的冶炼
用矿(硫化矿，主要成分为Cu2S)二百五十箩……入大旋风炉，连烹(灼烧) 三日三夜，方见成铜。 ——明·陆容《菽园杂记》
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
CuSO4 + Fe == Cu + FeSO4
（3）火法炼铜
2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
Cu2S+O2 == 2Cu+SO2
难挥发性物质制备易挥发性的物质
利用细菌将矿石分化得到铜
拓展视野之三——钾的冶炼
(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在( )(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应( )(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚( )(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来( )(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来( )(6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠( )(7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al( )
2.冶炼金属常用以下几种方法：①以C或H2、CO作为还原剂还原法 ；②热分解法 ；③电解法 ；④铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。
思考：地壳中含量最多的金属元素是什么？铝元素在地壳中主要以铝土矿（主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等）的形式存在，那么如何从铝土矿中提取铝呢？
采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼
除杂,提高矿石中有用成分的含量
启示1:从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。
启示2:加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。
启示3:实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。
铅、锌、锑金、铜、铁汞等
铜、铅、锌、金、银、铁、锰等
铁矿、重晶石、石灰石等
阅读课本P99第一自然段思考：为什么要合理开发和利用金属矿物资源？如何有效利用金属矿物?
(1)_________________________；(2)开发环保高效的金属冶炼方法；(3)________________________；(4)_______________________________；(5)使用其他材料代替金属材料。
提高金属矿物的利用率
加强废旧金属的回收和再利用
四、合理开发和利用金属资源的原因及途径
（1）资源有限且分布不均
（2）金属的冶炼消耗许多能量
（3）金属冶炼造成环境污染
（4）金属腐蚀造成大量损失
一、金属元素在自然界中的存在形式
二、金属的冶炼原理及步骤
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
四、合理开发和利用金属矿物资源
1.铝能用于冶炼难熔的金属(如Cr、V、Mn等)，这不是因为（ ）A.铝具有还原性 B.铝具有导电性C.铝较Cr、V、Mn等价格便宜 D.冶炼反应放出大量的热
2.在熔融状态下 可用Na与KCl反应制金属K，Na+KCl=K+NaCl。调整合适的温度，可以分离出K单质。已知四种物质的熔、沸点如下：
根据上表数据，用Na与KCl反应制K的适宜温度是( )A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃ C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃
4.在冶金工业上,①均能用热还原法制得的一组金属是( )。Na、Mg、Al B. Na、Zn、Fe C. Zn、Fe、Cu D. Mg、Al、Zn、Fe②常采用电解法冶炼的金属是（ ）A.Fe B.Cu C.Al D.Ag③可用热分解法就可能制得的金属有（ ）A. Cu Zn B. Ca K C. Ag Hg D. Na Al
3.已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测，下列事件发生在铁器时代之前的是（ ）A.金属钠的使用 B.青铜器的大量使用C.海水提镁 D.铝热法制铬
5、铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。因此从铝土矿中提Al2O3的流程可以设计成两种方案。
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、 _______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______________、_______写出该过程①②离子方程式分别为①___________________________________________________________________ ② ；
a．酸溶法的工艺流程：
AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-
Al3+ Fe3+
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、_______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______、_______写出该过程①②离子方程式分别为__________________________________________________________________________________________；反应③的化学方程式_______________________________
b．碱溶法的工艺流程：
SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O
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