
第一節(jié) 自然資源的開發(fā)利用
自然資源是人類社會發(fā)展不可或缺的自然物質(zhì)基礎(chǔ)
植物、微生物、可降解塑料袋、水資源、地熱資源
金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)(煤、石油、天然氣、土壤等
可持續(xù)發(fā)展的目標是在滿足人類需要的同時,強調(diào)人類的行為要受到自然界的制約,強調(diào)人類代際之間、人類與其他生物種群之間、不同國家和不同地區(qū)之間的公平。
第一課時 金屬礦物的開發(fā)利用
學(xué)習(xí)目標:1.能夠從金屬在自然界存在狀態(tài)分析出金屬冶煉的實質(zhì),并能說出金屬治煉方法與金屬活潑性的關(guān)系。2.了解常見金屬礦石的主要成分。3.知道常用分解法和電解法治煉的金屬,并能夠?qū)懗鱿鄳?yīng)的方程式。
游離態(tài)金屬礦(Pt、Au等)
將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造金屬材料的過程在工業(yè)上叫做金屬的冶煉。
除雜,提高礦石中有用成分的含量
利用氧化還原反應(yīng)將金屬化合物還原成單質(zhì)
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金屬的冶煉和使用順序和其活潑性有關(guān),越不活潑的金屬冶煉方法越簡單
美人首飾侯王印,盡是沙中海底來。 —劉禹錫《浪淘沙》
淘金原理:金的密度比沙大
濕法黃金提練法(王水溶解)
古代煉丹術(shù)士葛洪的《抱樸子》中“丹砂燒之成水銀”
常用的還原劑有:CO、H2、C(焦炭)、活潑金屬
爐火照天地, 紅星亂紫煙。
——李白《秋浦歌 》
濕法煉銅:Fe + CuSO4= FeSO4 + Cu
火法煉銅(高溫冶煉黃銅礦)
鋁熱法:用金屬鋁做還原劑冶煉活潑性不如鋁且高熔點的金屬(Fe、V、Cr、Mn等)
說明:點燃鎂條用來提供引發(fā)反應(yīng)的熱能,引燃劑
氫酸鉀的作用是分解提供氧氣,使鎂條快速充分燃燒,助燃劑。
3.用鋁熱反應(yīng)冶煉金屬,雖克服了被冶煉金屬及其氧化物熔點高、難冶煉的問題,但是成本較高。
熱還原法常用的還原劑:C、CO、H2、Al
1.用H2作還原劑時,生成的產(chǎn)物H2O在高溫下以水蒸氣的形式蒸發(fā)出去,使制得的金屬純度較高,但成本也較高。
2.用CO,C作還原劑冶煉金屬時,CO一般在治煉爐中通過下列反應(yīng)生成:C+O2=CO?、CO+C=2CO,所以用CO還原法冶煉得到的金屬中混有雜質(zhì)C,純度不高
冰晶石的作用是降低Al2O3的熔化溫度
已知有關(guān)物質(zhì)的熔沸點數(shù)據(jù)如下表:
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?
因為MgO的熔點遠高于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的熔點很低,且沸點比熔點低,易升華; 熔融時不存在離子,不能導(dǎo)電,故不能被電解。??
雖說鋁是地殼中含量最多的金屬,但是由于早期煉鋁比較困難,所以鋁的價格十分昂貴,一度超越金和銀的價格,直到十九世紀上半葉,鋁還是很多歐洲珠寶店中的高檔貨。
1886年,美國大學(xué)生霍爾和法國大學(xué)生愛羅,各自獨立研究出電解制鋁法?,F(xiàn)在人們已經(jīng)能夠熟練掌握了從鋁土礦中冶煉鋁的技術(shù),使得鋁成為生產(chǎn)生活中用途最多的金屬之一
啟示1.從鋁土礦中制鋁消耗的能量要遠遠高于回收后制鋁消耗的能量,因而,在實際生產(chǎn)過程中必須要考慮成本。
啟示2.加強廢舊金屬的回收再利用是合理開發(fā)和利用金屬資源的重要途徑,樹立金屬垃圾也是一種重要資源的理念.在日常生活當中大力提倡垃圾分類回收再利用,養(yǎng)成珍惜自然資源,節(jié)約資源,愛護環(huán)境,保護環(huán)境的意識。
啟示3.實際生產(chǎn)過程中,金屬的冶煉過程是個復(fù)條過程,在得到所需產(chǎn)品的同時也會產(chǎn)生廢棄物。必須考慮廢棄物的處理和生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。
怎樣合理開發(fā)利用金屬資源?
(1)提高金屬礦物的利用率
(3)加強金屬資源的回收和再利用
(5)使用其他材料代替金屬材料
(4)開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法
鋁是一種應(yīng)用廣泛的金屬,工業(yè)上用Al2O3和冰晶石(Na3AIF6)混合熔融電解制得。I.鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下:
(1)反應(yīng)1的化學(xué)方程是 (2)濾液I中加入CaO生成的沉淀是反應(yīng)2的離子方程式是
Al2O3SiO2Fe2O3
NaAlO2Na2SiO3
2NaOH+Al2O3=2NaAlO2+H2O
2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
Ⅱ.以螢石(CaF2)和純堿為原料制備冰晶石的流程如下:
Na2CO3 、Al(OH)3
(3)E可作為建就材料,化合物C是 寫出由D制備冰晶石的化學(xué)方程式
12HF + 3Na2CO3 + 2AI(OH)3= 2 Na3AIF6+3CO2+9H2O
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