师：各位同学，大家好。今天我们一起来复习金属矿物的开发与利用。习近平总书记在十九大报告中指出，要坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念。环保是当下热门话题，新能源是其核心之一。提到新能源，大家会想到新能源电动汽车，特斯拉是新能源电动汽车的代表，那它采用的是什么样的电池呢？下面通过一个视频来了解。

　　本节课，我们带着几个问题研究金属矿物的开发与利用。从特斯拉电池可知，新能源电动汽车的电池技术含量极高。那电池的发展历史是怎样的呢？早在1780年，意大利解剖学家伽伐尼用不同金属器械解剖青蛙时发现了生物电，这引发物理学家竞相重复实验，试图找到产生稳定电流的方法。

　　直至1799年，伏特制成世界上第一个电池——伏特电堆，但使用不便。1887年，英国人赫勒森发明最早的一次电池——干电池。1890年，爱迪生发明可充电的铁镍电池，此后充电电池种类日益丰富、形式多样。20世纪初，铅酸蓄电池经能量密度、循环寿命、高倍率放电等重大改进后，在生产生活中的用途越来越广泛，不过因其笨重，人类并不满足。

　　1992年，索尼公司成功开发18650锂电池，为高能比、高电压、精巧化的电池发展奠定基础。如今，我们发明了锂电池、燃料电池等各种新型电池，未来还会有更多新型电池问世。无论过去还是将来，电池的目标始终是让人随时随地享受电能。

　　电池的发展，本质上是新材料，尤其是金属材料的发展。大多数金属来源于金属矿物，那如何合理开发和利用金属矿物资源呢？看看电池常用金属是如何从金属矿物中提取的。铁可通过赤铁矿或磁铁矿为原料，与焦炭在高温下发生还原反应得到单质铁。

　　锌，可将闪锌矿在空气中煅烧成氧化锌，再用钛还原；也可使用硫酸浸出硫酸锌，然后用电解法沉积出锌。铝，使用铝土矿经一系列变化生成氧化铝，再通过电解制备。铅，用方铅矿先与氧气煅烧变成氧化物，再用焦炭还原。

　　我们来看高炉炼铁的过程。炼铁原料一是固体混合物，除铁矿石、焦炭外，还需石灰石，其作用是除去杂质（俗称除脉石）；气体原料二是空气，从下部吹入，目的是使反应物充分接触，提高原料利用率。高炉气是炼铁尾气，主要污染物为一氧化碳，从环保和经济角度考虑，尾气处理后可作燃料。

　　在炼铁高炉中发生了哪些氧化还原反应呢？肯定有还原剂还原铁矿石，若以氧化铁为例，是一氧化碳还原氧化铁。那一氧化碳怎么来的呢？它通过两个氧化还原反应生成：碳和氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳与碳又生成一氧化碳，所以共发生三个氧化还原反应。实际生产中要加入过量焦炭，一是为获得还原剂，将焦炭转化为气体，提高效率，使铁矿石充分反应；二是焦炭燃烧为过程提供高温。

　　金属在自然界存在形式有化合态和游离态两大类。金属冶炼的实质是什么呢？就是把金属从化合态变为游离态，即金属阳离子得到电子还原为金属单质的过程。请大家思考，生产生活中有哪些常见金属冶炼方法？选择依据是什么？通过前面学习，常用金属冶炼方法有电解法、热还原法和热分解法。电解法适用于金属活动顺序表中的钾、钙、钠、镁、铝；热还原法通常用于锌、铁、锡、铅、铜等金属；热分解法可通过加热汞或银的氧化物、硫化物分解得到。还有金和铂，因自然界中有游离态存在，可用物理方法获取。选择依据就是根据金属活动性顺序，考虑能耗小、经济且污染少的方法。

　　请大家思考几个问题。第一，铝是地壳中含量最高的金属元素，为何人类对铝的使用比铁和铜晚得多？因为铝的金属活动性比铁和铜强，难于冶炼，铝的冶炼需电解法，古代技术条件达不到。

　　第二，工业冶炼铝为何用电解熔融氧化铝，而不用电解熔融氯化铝？冶炼镁为何用电解熔融氯化镁而不用电解熔融氧化镁？原因是氯化铝是共价化合物，熔融时不导电，不能用电解氯化铝的方法；氧化铝是离子化合物，可电解熔融氧化铝制备铝。氧化镁虽也是离子化合物，但熔点高，熔融耗费更多能源，增加成本，而氯化镁熔点低，也是离子化合物，所以工业冶炼镁用电解熔融氯化镁的方法。

　　第三，热还原法用到的还原剂有焦炭、一氧化碳和氢气，从所得产物纯度及环境污染角度考虑，哪种还原剂更好？使用氢气最好，因为焦炭会降低产品纯度，一氧化碳会污染环境。

　　第四，分析铝热反应冶炼金属的利弊。利在于铝热反应能放出大量热，可冶炼熔点较高的金属，节省能源，野外可用于焊接钢轨；弊在于产品纯度较低，需进一步精炼。

　　常见金属冶炼并非只采用上述方法，为提高效率，还会用其他方法。比如铜的冶炼，可用热还原法，也可用湿法炼铜（铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜），还可用火法炼铜，甚至更好的生物炼铜法得到纯净的铜。