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第一节开发利用金属矿物

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第一节开发利用金属矿物一、金属矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿人类最早发现和应用的金属分别是:Cu2(OH)2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑C+2CuO=====CO2+2Cu高温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”。铜镜汉武帝时铜币先秦刀币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。记住我们的国耻:中国还有上百万件珍贵...

第一节开发利用金属矿物
一、金属矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿人类最早发现和应用的金属分别是:Cu2(OH)2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑C+2CuO=====CO2+2Cu高温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”。铜镜汉武帝时铜币先秦刀币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。记住我们的国耻:中国还有上百万件珍贵文物流失海外我国古代炼铁工业长期领先于世界,我们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。古代中国劳动人民用木炭炼铁(1)、金属的冶炼人们日常应用的金属材料,多为合金或纯金属,这就需要把金属从矿石中提炼出来,这就是人们常说的金属的冶炼。1.金属冶炼的实质利用氧化还原反应,使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属原子。即:Mn++ne-M想一想:要使金属矿物转化为金属单质,金属元素的化合价如何变化,发生什么反应?冶炼金属的实质是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。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。金属元素种类多,分布广,活动性差别大,在自然界的存在形式各异,少数不活泼金属以游离态存在(如金和铂等),多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属,这就需要把金属从矿石中提炼出来,提炼的过程就是金属的冶炼过程。金属冶炼的原理是什么?金属的冶炼的步骤:矿石的富集、冶炼、精炼金属冶炼有哪些方法?你们觉得金属活动顺序与金属冶炼方法有没有联系呢?如果有,有什么规律吗?冶炼金属的方法金银铂陨铁赤铁矿磁铁矿黄铁矿孔雀石菱镁矿铝土矿氯化钠游离态金属矿化合态金属矿黄铜矿《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.(2)、金属冶炼的方法古代物理方法:淘金原理刚果手工金矿开采马达加斯加街头淘金者原理是:金的质量较沙重,在淘去粗沙后,用水银滚动吸附金,水银是已知唯一可以粘附金的物质.(2)、金属冶炼的方法冶炼金属的方法根据金属的活动性顺序不同,采取不同的冶炼方法。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu对于Pt、Au等金属,用物理分离方法。(2)、金属冶炼的方法热分解法:2HgO==Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑古代炼丹术家葛洪,曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”2HgS+3O2==2HgO+2SO2↑(2)、金属冶炼的方法电解法:(适合一些非常活泼金属)MgCl2(熔融)====Mg+Cl2↑电解电解2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑冰晶石电解2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑电解电解法在金属活动性顺序中,K、Na、Ca、Al等几种金属的还原性很强,这些金属的阳离子难得电子,因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来,而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAuKCaNaMgAl(2)、金属冶炼的方法热还原法CuO+H2==Cu+H2O2CuO+C==Cu+2CO2↑Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2热还原法适合大部分金属还原剂:C、CO、H2、活泼金属等CuO+H2Cu+H2OFe2O3+3CO2Fe+3CO2↑(高炉炼铁)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3(铝热反应)MgO+CMg(g)+CO(g)热还原法适用于金属活动性顺序表中的中间的多数金属。它是金属冶炼的常用方法。常用的还原剂有:活泼金属、CO、H2、C(焦炭)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgZnFeSnPb(H)Cu铝热反应反应现象:剧烈反应,发出强光,有大量白烟,纸漏斗被烧穿,沙子上落有黑色铁珠。1、镁条:引燃物、氯酸钾:助燃剂2、铝热剂:铝粉和某些氧化物的混合物实验4-1思考与交流1、内层滤纸为什么要用水湿润?以防止高温物质从四周溅出。2、为什么蒸发皿中要放适量的细沙?既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔溶的液体溅出伤人。3、铝热反应的应用:焊接钢轨、冶炼高熔点金属铝热反应的应用      铝热反应的原理可以应用在生产上,如用于焊接钢轨等;在冶金工业上也常用这一反应原理,冶炼钒、铬、锰等熔点高的金属。2Al+Fe2O3==2Fe+3Al2O3高温2:打磨操作3:探伤操作1:焊接操作西藏铁路发车西藏铁路无缝焊接移动式气压焊电接触焊铝热焊质量好,现场焊质量好,厂焊质量差,现场联合接头、原位焊复法长钢轨焊接工艺原因:铝热焊焊缝强度只是母材的70%左右,焊接组织为铸造组织,常有铸造缺陷伴随产生且断头率高。西藏铁路无缝焊接1:焊接操作2:打磨操作3:探伤操作其它铝热反应3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3Cr2O3+2Al2Cr+Al2O33Co3O4+8Al9Co+4Al2O3反应现象:镁条剧烈燃烧,放出大量的热,发出耀眼的白光,纸漏斗内剧烈反应,纸漏斗被烧穿,有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高温铝热剂铝是还原剂,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。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。然而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,当然还是有很多其它杂质的)中冶炼铝的技术了,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。今天铝的产量已经仅次于钢铁了,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”,是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,每70公斤体重约含61毫克铝。但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。镁在地壳中含量只有铝的四分之一,而且镁比铝更加活泼,所以要想矿物质中获取镁,代价比铝更高。海洋中含有大量的氯化镁,海水又咸又苦。咸是因为含有氯化钠,苦是因为含有氯化镁,同样道理,粗盐易潮解是因为其中含有较多的氯化镁,而氯化镁易吸水。据估算,假如每年从海水中提取1亿吨镁再过一百万年,海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到0.12%,即只减少了万分之一。可谓取之不尽,用之不竭。3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温请写出MnO2、Cr2O3、分别与Al反应的化学方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温(1)物理分离法:Pt、Au等(2)热分解法:金属活动顺序表氢后的金属冶炼。(3)热还原法:Zn与Cu之间的金属的冶炼。(4)电解法:钾、钠、铝等活泼金属的冶炼。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动顺序及金属冶炼方法的关系:强弱电解法热还原法热分解法课堂小结物理提取法KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属单质的还原性减弱,金属离子的氧化性增强电解法热还原法热分解法物理方法金属活动性顺序与金属的冶炼方法小结(1)为什么不同的金属的冶炼方法不同?(2)为什么人类使用铁器比使用铜器晚?KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提取法1、不同的金属,冶炼方法不同+nM得电子M(被还原)因为金属离子的得电子能力不同,所以冶炼方法不同。2、金属活动性顺序金属的冶炼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K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、Ag、Pt、Au强————————————→弱弱————————————→强电解法热还原法热分解法(2)、金属冶炼的方法其他方法:微生物冶金金属冶炼定义:将金属从化合物中还原出来的过程实质:用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子转化为金属原子。(3)、金属的合理开发和利用提高金属矿物的利用率寻找金属代用品防止腐蚀回收利用废旧金属合理开发开发海底矿物资源⑴节约矿物资源;⑵节约能源;⑶减少环境污染。大多可以重新制成金属及其化合物再利用多金属结核富钴结壳热液黑烟囱合理开发和利用矿物资源,主要途径有:1、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料……………金属的回收和资源保护1、回收金属的意义:(1)节约矿物资源;(2)节约能源;(3)减少环境污染金属的回收和资源保护以铝为例,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82%),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。 2、回收金属的实例(1)废旧钢铁用于炼钢;(2)废铁屑用于制铁盐;(3)定影液用于回收银1、铝能用来冶炼难熔金属(如Fe、V、Mn等),这是因为铝有()A.熔点低B.良好导电性C.两性D.还原性强,在冶炼反应中放出大量热2、下列各种方法中,适用于炼制相应金属的是()A.加热氧化铜B.加热氧化铝C.加热碳酸钙D.电解熔融氯化钠E.用焦炭还原氧化铜F.氧化镁跟铝粉共热课堂练习课堂练习3、某单质X能从盐的溶液中置换出单质Y,则下列叙述中正确的是()①当X、Y都是金属时,X一定比Y活泼;②当X、Y都是非金属时,Y一定比X活泼;③当X是金属时,Y可能是金属,也可能是非金属;④当X是非金属时,Y可能是金属,也可能是非金属;⑤若X、Y都是金属时,X一定是排在金属活动顺序表中氢前面。A、只有①②B、只有①③C、只有②③⑤D、①③④⑤练习4: 冶炼金属常用以下几种方法:  ①以C、CO或H2作还原剂还原。  ②利用铝热反应原理用Al还原。  ③电解法。  ④热分解法。下列金属各采用哪种方法还原最佳。Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属()Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属()Hg、Ag等不活泼金属()V、Cr、Mn、W等高熔点金属()①③④②练习5:下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是()A.WO3B.MnO2C.MgOD.V2O5C6、下列各种冶炼方法中,可以制得相应金属的是()A、加热氧化铝B、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠D、氯化钠与铝粉高温共热7、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质,推测制取下列金属最适宜的方法:①Na②Zn③Hg④AuC电解法加热还原法加热分解法物理提取法
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仙人指路888
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分类:初中语文
上传时间:2021-11-13
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