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第四章 化学与自然资源的开发利用

教学目的：

1、 帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用

2、 常识性介绍金属回收和资源保护的意义。树立资源保护意识及合理开发意识。

教学难点和重点：

学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。

了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。

〔导入新课〕：

人们通常将数以千万计的化学物质进行分类，在原子、分子乃至超分子（通常指由两种或两种以上分子依靠分子间作用力结合在一起的具有一定结构和功能的聚集体）等不同的结构层次上研究物质及其发生化学变化的规律。认识物质在变化过程中表现出的性质。所有这些都是人类利用自然资源，丰富物质世界的重要科学依据。下面我们主要以金属矿物和海水资源的综合利用为例一起认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。

4.1 开发利用金属矿物和海水资源

一、金属矿物的开发和利用

※人们将其中的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，这一过程在工业上称为金属的冶炼。

1、金属冶炼的原理：

利用氧化还原反应，使化合态的金属得电子，还原为游离态的金属。

Mn+   +    ne-   →  M

2、金属矿物的冶炼步骤：（大多数金属矿物中含有杂质）

①矿石富集：除杂（提高矿石中有用成分的含量）

②金属冶炼：利用氧化还原反应使化合态的金属得电子，还原为游离态的金属)

③金属精炼：（采用一定的方法，提炼纯金属）

3、 金属冶炼的一般方法

①热分解法：对一些金属活动性顺序表中氢后面的不活泼金属，可以直接用加热分解的方法从其化合物中还原出来。

如：  △                                △

2HgO  ==  2Hg   +    O2↑       2Ag2O ==== 4Ag  +O2↑

  ②电解法：对一些非常活泼的金属（像K、Ca、Na、Mg、Al等）采用一般的还原剂很难将它们还原出来，工业上通常电解熔融金属化合物的方法来冶炼。

如：           电解                                电解

  2NaCl（熔融）===== 2Na  + Cl2↑     MgCl2（熔融）=======Mg+Cl2↑

电解

  2Al2O3(熔融)======= 4Al + 3O2↑

              冰晶石

③热还原法：适用于大多数金属（在金属活动性顺序表中处于中间位置的大部分金属）的冶炼，常用的还原剂有——焦炭、CO、H2、较活泼金属等。

如：     高温

CuO + C ======Cu  +  CO↑

                        高温

Fe2O3 +  3CO ====== 2Fe +  3CO2(工业上高炉炼铁)

                       高温

Fe2O3 +  2Al ====== 2Fe +  Al2O3(铝热法炼铁)

〔实验4-1〕

铝热剂：铝粉和某些金属氧化物（氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁、五氧化二钒、三氧化二铬、二氧化锰等）组成的混合物。

如：             高温

4Al  +  3MnO2 ======= 3Mn  +   2Al2O3

                 高温

2Al  +  Cr2O3  ======== 2 Cr   +  Al2O3

说明：铝热反应的应用：冶炼难溶金属       焊接金属

④其他方法：

1） 湿法炼铜：

Fe   +   CuSO4 ====== Cu  +   FeSO4

2） 火法炼铜：

                       高温

Cu2S   +  O2 ====== 2Cu  +   SO2

〔小结〕：结合金属活动性顺序表总结金属冶炼方法的一般规律

K Ca Na Mg Al       Zn Fe Sn Pb（H） Cu       Hg Ag       Pt  Au

电解法               热还原法              热分解法    物理提炼法

4、 合理开发和利用矿物资源

原因：资源有限。

措施：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。