专题一 开发利用金属矿物资源背景资料.doc

专题一 开发利用金属矿物资源背景资料 1.金属单质的最早来源 【背景介绍】人们最早为了保存火种，掌握了摩擦生热的方法，一次偶然的机会，用木棍在孔雀石（主要成分【CuCO3.CuOH2】）上摩擦得到了红色的铜。 【教学价值】通过最早的铜是由碳和孔雀石制得这个小故事来引出金属单质的最早来源。通过本素材的学习，教学中引导学生认识不同的金属使用的先后顺序不同，引出本节的学习-金属矿物的开发利用。 2.金属应用的历史 【背景介绍】人类历史上，先用石块做工具，后用天然的铜块、陨石做工具，当发现铜矿石中可提炼出金属铜时，人们用铜制作工具或用品，但数量少，价格贵，不能普遍使用。一千年后，人们发现从铁矿石中可提炼出金属铁，并开始大量使用铁器。可见人类经历了石器时代、铜器时代、铁器时代。为什么会按这个顺序发展 【教学价值】介绍该资料，可用于本节知识的引入；以故事形式引入本堂课，可提高课堂趣味性，培养学生学习积极性。且通过本素材的学习，可以引导学生认识到不同的金属使用的先后顺序不同是和它们的冶炼技术有关，从而可以引出金属的冶炼方法这一部分知识的学习。“ 3.中国古代的“湿法炼铜” 【背景介绍】在我国的商周时期，青铜的冶炼技术已经有了一定的水平，在我国古代的炼铜技术中，除了冶炼以外，人们还很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁取代，从而发明了“湿法炼铜“的途径。 【教学价值】“湿法炼铜“是我国古代劳动人民在生产实践中发明的一项应用技术，通过本素材的学习，教学中应引导学生认识到学习化学知识不仅要知道这一知识是什么和为什么，而且还应了解这一知识能用于做什么和如何做；”湿法炼铜“是我国古代众多科技成果中的一个代表，它反映了我国古代劳动人民的聪明智慧和技术水平，通过这一素材的学习，培养学生的爱国主义精神和为中华民族的伟大复兴而刻苦学习的责任感。 4.秦皇炼丹 【背景介绍】历史资料在秦史记秦始皇本纪记载，始皇陵内“以水银为百川江河大海。”考古发现在秦始皇的陵墓下探测到约100吨水银。可见当时人们就已经掌握了金属汞的提炼方法。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”.丹砂即HgS，加热可生成HgO，煅烧HgO即可得到单质汞。 【教学价值】由秦皇炼丹历史可引入热分解法，同时让学生意识到我国古代金属冶炼的水平，增强爱国主义感。 5.铜 【背景介绍】自人类从石器时代进入青铜器时代以后，青铜被广泛地用于铸造钟鼎礼乐之器，如中国的稀世之宝--商代晚期的司母戊鼎就是用青铜制成的。所以，铜矿石被称为“人类文明的使者”。铜在地壳中的含量只有十万分之七，可是在四千多年前的先人就使用了，这是因为铜矿床所在的地表往往存在一些纯度达99％以上的紫红色自然铜（又叫红铜）。它质软，富有延展性，稍加敲打即可加工成工具和生活用品。 【教学价值】本素材可放在铜的冶炼方法之前介绍，以加强对金属铜的认识，同时可激发学生的学习兴趣。 6.第一大铜矿的发现 【背景介绍】南美洲的智利，号称“铜矿之国”。那里有个大铜矿，也是外国人根据孔雀石发现的，那是18世纪末叶的一个趣闻。当时，智利还在西班牙殖民者的统治下。一次，有个西班牙的中尉军官，因负债累累而逃往阿根廷去躲债。他取道智利首都圣地亚哥以南50英里的卡佳波尔山谷，登上1600米高的安第斯山时，无意中发现山石上有许多翠绿色的铜绿。他的文化素养使他认识到这是找铜的“矿苗”，于是带着矿石标本去报矿。后经勘查证实，这是一个大型富铜矿。这座铜矿特命名为“特尼恩特”（西班牙文意为“中尉”）。它是目前世界上最大的地下开采铜矿，年产铜锭30万吨。 【教学价值】该资料可在讲金属提取流程-采矿时介绍，可丰富学生的化学知识，提高课堂趣味性，培养学生学习积极性。 7.铜矿选矿方法 【背景介绍】从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提纯,才能成为精铜及铜制品，目前，世界上铜的选矿工艺主要有两种即火法冶炼与湿法冶炼（SX－EX） 1．火法冶炼选矿方法 通过熔融冶炼和电解精炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。 除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑铜材的产出比为50％左右,一般废铜供应较稳定，废铜可以分为裸杂铜品位在90％以上；黄杂铜（电线）含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。 2．湿法冶炼选矿方法 一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。 湿法冶炼选矿工艺原理为FeCuSO4FeSO4Cu，不一定用铁，金属活动性比铜强就行。也不一定用硫酸铜，可溶性的铜盐就可以。湿法炼铜就是电解饱和硫酸铜溶液。 在电解池中，用铁作阳极，用铜作阴极，饱和硫酸铜溶液作电解液。通电以后阳极上的铁由于失电子形成亚铁离子，铜离子在阴极上得电子而变成铜原子。这样能够得到一个比较纯净的铜单质。 电化学方程式 阳极FeFe2 2e-电子 阴极Cu2 2e-Cu 总的方程式FeCuSO4CuFeSO4 【教学价值】该资料可在学生学完本节知识后作为小资料发给学生阅读，让学生了解工业上铜的冶炼方法，以扩宽学生的视野。其中湿法炼铜是初中就学过的知识，在这里可让学生认识到湿法炼铜在工业中的应用。 8.铁的发现、利用历史 【背景介绍】中国是世界上利用铁最早的国家之一。早在19000年前，周口店“山顶洞人”就开始使用赤铁矿粉作为赭红色颜料，涂于装饰品上或者随葬撒在尸体周围。这是人类利用天然矿物颜料的开始。到新石器时代（距今10000～4000年），兴起了制陶业，并发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石（赤铁矿）。 人类使用铁器制品至少有5000多年历史，开始是用铁陨石中的天然铁制成铁器。最早的陨铁器是在尼罗河流域的格泽Gerzeh和幼发拉底河流域乌尔（Ur出土于公元前4000多年前的铁珠和匕首。目前中国最早的陨铁文物是1972年在河北藁城台西村商代中期（公元前13世纪中期）遗址中发现的铁刃青铜钺。这件古兵器，经全面的科学考查，确定刃部是陨铁加热锻造成的。它表明我国商代人们已掌握一定水平的锻造技术和对铁的认识，熟悉铁加工性能，并认识铁与青铜在性质上的差别。但那时人们还不会利用铁矿石炼铁，而铁陨石又很少，所以当时的铁制品是十分珍贵的物品。 我国用铁矿石直接炼铁，早期的方法是块炼铁，后来用竖炉炼铁。在春秋时代晚期（公元前6世纪）已炼出可供浇铸的液态生铁，铸成铁器，应用于生产，并发明了铸铁柔化术。这一发明加快了铁器取代铜器等生产工具的历史进程。战国冶铁业兴盛，生产的铁器制品以农具、手工工具为主，兵器则青铜、钢、铁兼而有之。据记载，今山东临淄和河北邯郸铁矿等，春秋战国时期都已进行开采。 【教学价值】通过本素材的学习，使学生了解到铁、铁矿的开发利用史，扩大的学生的知识面，激发了学生的学习兴趣。资料形成方式可教师介绍，也可安排学生调查、收集。 9.钢铁 【背景介绍】人类与金属材料及其制品的关系日益密切，可以说没有金属材料就没有人类的物质文明。在人类使用的所有金属材料中，钢铁是使用量最大、使用范围最广泛的基础材料，尽管钢铁也存在较容易锈蚀、密度较大等缺点，但纵观材料的物理、机械和工艺性能，及其技术性、经济性和可回收性等因素，在人类未来发展的相当长时期内，钢铁的基础原材料地位仍无可替代。 （1）、铁的储藏量仅次于铝，且大多以巨大的铁矿床存在于自然界中; （2）、铁矿石的冶炼和加工与其他金属的生产相比，具有生产规模大、效率高、质量好、成本低等显著的优势； （3）、钢铁具有良好的物理、机械和工艺性能; （4）、将镍、铬、钒、锰等金属作为合金元素加入铁中，可获得具有各种性能的金属材料; 5、钢铁通过热处理能调整其机械性能，可以满足国民经济各方面的需要 【教学价值】钢铁是当今使用量最大、使用范围最广的基础材料，本素材的介绍可引导学生认识化学对生活、生产的贡献，培养对化学的热爱。 10.金属矿物资源的合理开发利用 【背景介绍】 （1）、地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不能再生的。我国的人均拥有量约为世界人均水平的1/3，居世界第80位。 （2）、一节纽扣电池中含汞量足以污染60万公升水,是一个人一生的用水量。 （3）、利用1t废钢炼钢，可节约矿石2t、焦炭1t、石灰石0.5t。回收1t铬不锈钢，可节约铬0.13t。回收1t镍铬钢，可节约镍0.09t 、铬0.18t ,同时还能节约大量能源。 （4）、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。 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。 【教学价值】通过对以上资料的介绍，使学生认识到金属矿物是有限的，从而引出可持续发展的概念，引导学生学会合理开发和利用金属矿物资源，有效地使用金属产品、材料，加强金属资源的回收再利用。