化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展【省一等獎】

利用金屬礦物，將其中的金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料，這一過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。金屬的冶煉金屬冶煉的步驟第一步：礦石的富集。第二步：冶煉。第三步：精煉。金屬冶煉的方法實質(zhì)是還原的方法。金屬陽離子得電子變成金屬原子金屬的化學(xué)活動性不同，金屬陽離子得電子的能力也不同。三種冶煉方法。不活潑的金屬K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au非?；顫姷慕饘僖话慊顫姷慕饘俳饘倩顫娦圆煌?，金屬冶煉的方法不同。金屬活動順序表氧化汞氧化汞分解成氧原子和汞原子氧化汞分解成汞和氧分子熱分解法熱還原法Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫原料：鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石CuO+H2

===Cu+H2OCuO+CO===Cu+CO22CuO+C===2Cu+CO2↑Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2還原劑金屬能不能作還原劑?高溫高溫高溫思考與交流鋁熱反應(yīng)1.取二張濾紙疊成漏斗狀。2.內(nèi)層濾紙底部剪一小孔后用水潤濕。3.把濾紙架在鐵圈上,下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。4.把混合物（5g氧化鐵+2g鋁粉）放入紙漏斗中。5.在混合物上面加少量氯酸鉀固體,中間插一根用砂紙打磨過的鎂條。6.用火柴點燃鎂條。觀察現(xiàn)象。實驗步驟:2.參加反應(yīng)的是____和____,它們混合物叫________.3.鎂條的作用是_______.4.氯酸鉀的作用是________.5.此反應(yīng)證明____作還原劑,此反應(yīng)叫______反應(yīng).6.此反應(yīng)有什么特點?7.鋁熱反應(yīng)有什么實際應(yīng)用?（參考鋁熱反應(yīng)的特點）1.現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，并發(fā)出耀眼的光芒。紙漏斗下部被燒穿，有紅熱的熔融物落入沙中，待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。鋁氧化鐵鋁熱劑引燃物助燃劑鋁鋁熱反應(yīng)放出大量的熱，產(chǎn)生高溫。關(guān)于實驗的幾點內(nèi)容：3V2O5+10Al===6V+5Al2O3高溫其它鋁熱反應(yīng):3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫V、Mn、Cr的熔點比較高鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用2.冶煉高熔的金屬，如冶煉釩、鉻、錳等1.焊接鋼軌電解法

在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。電解法冶鋁電解銅車間——精煉銅不同金屬冶煉方法的選擇不活潑電解法熱還原法熱分解法物理法KCaNaMgAlZnFeSnPb（H)CuHgAgPtAu非常活潑一般活潑金屬極不活潑---通電分解金屬的熔融鹽或氧化物的方法。加熱或者高溫下與還原劑反應(yīng)加熱金屬氧化物的方法2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑電解冰晶石冰晶石：Na3AlF6(六氟合鋁酸鈉)2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑電解Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫---高爐煉鐵2HgO==2Hg+O2

2Ag2O==4Ag+O2

銅的冶煉熱還原法：Cu2(OH)2CO3==2CuO+CO2+H2O2CuO+C==2Cu+CO2Cu2(OH)2CO3+C==2Cu+2CO2+H2O濕法煉銅：Fe+CuSO4==FeSO4+Cu火法煉銅：Cu2S+O2==2Cu+SO2電解精煉銅：2CuSO4+2H2O==2Cu+2H2SO4+O2↑高溫高溫高溫高溫電解金屬冶煉原理MgMgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑NaNaCl(熔融)===Na+Cl2↑AlFeCuZnZnO+C===Zn+CO↑Hg2HgO===2Hg+O2↑Ag2Ag2O===4Ag+O2↑電解電解Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2Fe2O3+3H2===2Fe+3H2O高溫高溫CuO+H2===2Cu+H2O加熱加熱加熱常見金屬的冶煉原理高溫2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑電解金屬的回收和資源保護(hù)提高金屬礦物的利用率減少金屬的使用率加強(qiáng)金屬資料的回收和再利用使用其他材料代替金屬材料資源保護(hù)的主要途徑

以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會越來越少，直至有一天枯竭。如果人類消費(fèi)的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達(dá)到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護(hù)全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢棄原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省95％以上的能源消耗。

資料:據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計:

每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源213．2TJ(電能約占82％)，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的2．6％，優(yōu)勢比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁生產(chǎn)相比，大為減少。有資料統(tǒng)計，再生鋁生產(chǎn)可比用水電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發(fā)電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發(fā)電