中三化學‧第四課 金屬的存在和提取 第四課 金屬的存在和提取 中三化學‧第四課　金屬的存在和提取 中三化學 第四課 金屬的存在和提取 04 金屬的存在和提取

本章內容 4.1 金屬的廣泛用途 4.2 一些金屬的用途及其相關性質 4.3 金屬礦石 4.4 從礦石中提取金屬 4.5 金屬的發現 4.1 金屬的廣泛用途 4.2 一些金屬的用途及其相關性質 4.3 金屬礦石 4.4 從礦石中提取金屬 4.5 金屬的發現 4.6 保護金屬資源 04 金屬的存在和提取

4.1 金屬的廣泛用途 橋 飛機 輪船 汽車 廚具 汽水罐 銀幣 1 04 金屬的存在和提取

4.2 一些金屬的用途及其相關性質(1) 金屬 用途 使用原因 鐵 建築、運輸 堅硬、堅固、可延展；廉宜 磁石 磁性 銅 電線 極佳的導電體、非常可延、抗腐蝕性 水管 無毒、堅固、可延展、抗腐蝕性 煮食器具 極佳的導熱體、無毒、堅固、可展、抗腐蝕性 04 金屬的存在和提取

4.2 一些金屬的用途及其相關性質(2) 金屬 用途 使用原因 鋁 架空電纜 極佳的導熱體、低密度、可延；較銅廉宜 飛機機身 輕而堅固、抗腐蝕性、非常可展 煮食鍋、鋁箔 極佳的導熱體、無毒、抗腐蝕性、非常可展 汽水罐 無毒、低密度(易於攜帶)、抗腐蝕性、非常可展 窗框 抗腐蝕性、堅固 04 金屬的存在和提取

4.2 一些金屬的用途及其相關性質(3) 金屬 用途 使用原因 鈦 超音速飛機 輕但非常堅固、抗腐蝕性非常強、可展 金 首飾、硬幣 具悅目的金黃光澤、抗腐蝕性極強(故永遠保持光澤)、延展性最佳、純淨時頗柔軟 防熱、防陽光和防輻射罩 極佳的反射質素 汞 溫度計 室溫時呈液態、受熱時膨脹、不會弄濕管壁 04 金屬的存在和提取

4.2 一些金屬的用途及其相關性質(4) 金屬 用途 使用原因 銀 首飾、硬幣 具悅目的銀色光澤、抗腐蝕能力強、可延展、中度柔軟 電器或電子元件 最佳的導電體、可延展、抗腐蝕能力強 2, 3, 4 04 金屬的存在和提取

4.3 金屬礦石 (1) 大部份金屬由於過度活潑，故它們不會在地上以元素狀態獨立存在，它們會與其他元素結合成化合物，這些化合物稱為礦石。 礦石通常是金屬的氧化物、碳酸鹽或硫化物，混合了雜質如砂。 少數金屬 (如金和鉑) 活潑性極低，它們會在地球上以純淨金屬的自由態獨立存在。 04 金屬的存在和提取

4.3 金屬礦石 (2) 鋁土礦 – 鋁的主要礦石，當中大部分是氧化鋁Al2O3 。 黃銅礦 – 銅的主要礦石，當中大部分是CuFeS2 。 赤鐵礦 – 鐵的主要礦石，當中大部分是氧化鐵(III) Fe2O3。 方鉛礦 – 鉛的主要礦石，當中大部分是硫化鉛(II) PbS。 04 金屬的存在和提取

鋁土礦 赤鐵礦 一些在地殼中可找到 的金屬礦石 (1) 04 金屬的存在和提取

閃鋅礦 方鉛礦 一些在地殼中可找到 的金屬礦石 (2) 5 04 金屬的存在和提取

4.4 從礦石中提取金屬 提取 從礦石中獲取金屬的過程 方法 把金屬礦石單獨加熱 把金屬礦石與碳一起加熱 電解 04 金屬的存在和提取

4.4.1 把金屬礦石單獨加熱 (1) 一些不活潑的金屬可單靠烤焙 (加熱) 礦石來提取。 例如：銀、汞 04 金屬的存在和提取

4.4.1 把金屬礦石單獨加熱 (2) 硬玻璃試管 帶火星的木條 金屬氧化物 把金屬氧化物強烈加熱，並測試釋出的氣體。若釋出的是氧氣，帶火星的木條會復燃。 04 金屬的存在和提取

4.4.1 把金屬礦石單獨加熱 (3) 例： 氧化汞 (II) → 汞 + 氧 紅 銀色 氧化銀 → 銀 + 氧 棕黑色 銀色 氧化銀 → 銀 + 氧 棕黑色 銀色 04 金屬的存在和提取

4.4.2 把金屬礦石與碳一起加熱(1) 從鐵的礦石─赤鐵礦 (Fe2O3) 中提取鐵 碳在高溫下把氧化鐵(III)轉化為鐵。在過程中，碳會除去氧化鐵(III)中的氧。 氧化鐵(III) + 碳 → 鐵 + 二氧化碳 04 金屬的存在和提取

硫化鉛(II) + 氧 → 氧化鉛 (II) + 二氧化硫 4.4.2 把金屬礦石與碳一起加熱(2) 從鉛的礦石─方鉛礦 (PbS) 中提取鉛 這個過程可分為兩個階段： 1. 把方鉛礦 (PbS) 在空氣中烤焙，形成氧化鉛 (II) 硫化鉛(II) + 氧 → 氧化鉛 (II) + 二氧化硫 2. 把反應中生成的氧化鉛 (II) 與碳加熱，使它變為鉛 氧化鉛 (II) + 碳 → 鉛 + 二氧化碳 04 金屬的存在和提取

4.4.3 以電解提取金屬(1) 提取較活潑金屬的唯一方法 成本最高，因耗電量極大 電解時，先要熔化純淨的礦石，然後通電把金屬分離出來。 鋁是一活潑的金屬，因此可利用電解把它從礦石中提取出來 氧化鋁 鋁 + 氧 電解 04 金屬的存在和提取

4.4.3 以電解提取金屬(2) 正電極(+) (碳) 負電極 喉管插孔 熔融鋁 電解鋁土礦 (─) 熔融氧化鋁及冰晶石 04 金屬的存在和提取

4.4.3 以電解提取金屬(3) 氧化鋁的熔點很高 (2047℃)，故要加入冰晶石 (氟化鈉鋁Na3AlF6) 使它的熔點下降至950℃。 鈉金屬亦可透過類似方法的過程來提取，方法是電解熔融氯化鈉。不同金屬要以不同的方法來提取。 04 金屬的存在和提取

4.4.4 從常見的礦石中提取金屬的方法 (1) 鋁土礦 Al2O3 1827 鋁 菱鎂礦 MgCO3 1828 鎂 石灰石 CaCO3 1808 鈣 海水中的食鹽 (NaCl)；岩鹽 1807 鈉 電解熔融礦石 在礦床和海水中的KCl 鉀 常用的提取方法 獲取金屬的主要礦石/來源 發現年份 金屬 04 金屬的存在和提取

4.4.4 從常見的礦石中提取金屬的方法 (2) 金屬 發現年份 獲取金屬的主要礦石/來源 常用的提取方法 鋅 1000 閃鋅礦ZnS 步驟一 硫化物 氧化物 步驟二 氧化物 金屬 鐵 古代 赤鐵礦Fe2O3 在空氣中加熱 與碳一起加熱 與碳一起加熱 04 金屬的存在和提取

4.4.4 從常見的礦石中提取金屬的方法 (3) 金屬 發現 年份 獲取金屬的主要礦石/來源 常用的提取方法 鉛 古代 方鉛礦PbS 與鋅的提取方法相似 銅 黃銅礦CuFeS2 硫化物 金屬 汞 硃砂HgS 銀 輝銀礦/元素 從溶液中置換出來 金 以元素狀態存在 物理分離 (除去雜質) 與碳一起加熱 6, 7 04 金屬的存在和提取

4.5 金屬的發現 數千年以前，人類已開始使用金屬，從金屬礦石中提取金屬一直是人類一項重要活動。 青銅器時代之所以有此名，是由於這段時期大部分工具和武器都是青銅器。 04 金屬的存在和提取

4.5.1 人類歷史的不同時代 時代 年份 用來製造工具和武器的物料 石器時代 公元前 2,500,000-4,000年 石頭和動物的骸骨 銅器時代 公元前4,000-3,000年 銅 青銅器時代 公元前3,000-1,000年 銅和錫的混合物 鐵器時代 公元前1,000-現代 鐵 04 金屬的存在和提取

4.5.2 影響金屬發現及用途的因素(1) 地殼的成份 地殼是由許多物質組成的混合物。 04 金屬的存在和提取

4.5.2 影響金屬發現及用途的因素(2) 地殼中的金屬存量 雖然金和銀是人類最早發現的金屬，但這兩種金屬的使用並不廣泛，原因是它們在地殼的存量很低。 04 金屬的存在和提取

4.5.2 影響金屬發現及用途的因素(3) 提取金屬的難易程度 鋁是地殼中存量最豐富的金屬。 鐵較鋁更早被發現和使用。 雖然鐵在地殼的存量較鋁低，但由於鐵較容易從礦石中提取，故鐵比起鋁較廣泛使用。 04 金屬的存在和提取

4.5.2 影響金屬發現及用途的因素(4) 影響金屬供應的因素 金屬在地殼中的存量 開採金屬礦石的難易程度和成本 從礦石中提取金屬的難易程度和成本 04 金屬的存在和提取

4.5.3 金屬的生產和價格 金屬 存量的質量百分比 全球年產量 (千公噸) 每公噸的大約價格(HK$) 鋁 8.1 24 000 10 500 銅 0.007 13 000 金 0.000 000 5 2.6 87 000 000 鐵 5.0 940 000 900 鉛 0.002 3 000 3 500 銀 0.000 01 18 1 400 000 錫 0.004 280 3 400 鋅 0.01 8 700 6 400 8, 9, 10, 11, 12 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(1) 保護金屬資源的重要性 在地殼中，礦石是有限且不可更新的。 鋁 鐵 銅 鉛 錫 鋅 金 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(2) 保護金屬資源的方法 再用金屬用品 回收廢棄的金屬 以其他物料取代金屬 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(3) 再用金屬用品 許多金屬物品均可再用 鋁箔 傢具 廚房器皿 汽車零件 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(4) 回收廢棄的金屬 即把廢棄的金屬熔化再用 日常回收的金屬 鋁、鉛、鐵、銅、錫、鋅、銀和金 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(5) 回收金屬的重要性 金屬的資源有限 回收可節省能源及其他資源 回收可減少污染 回收可加強公眾對保護金屬資源的意識 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(6) 回收金屬的過程 收集 分類 貯存 純化 清除廢物 04 金屬的存在和提取

4.6 保護金屬資源(7) 以其他物料取代金屬 各種物料正逐漸取代金屬，用作製造日常用品。 例如：以PVC (一種塑膠) 來取代銅製水管；以光學纖維取代銅製電話線。 13, 14, 15, 16 04 金屬的存在和提取

總結(1) 金屬的存在和用途 金屬的用途與它們的存量、性質和價格有密切的關係。通常納入考慮之列的性質包括：外觀、強度、硬度、密度、可展性、可延性及抗腐蝕性。 影響金屬的供應量的因素包括： 金屬在地殼中的存量 開採礦石的難易程度和成本 從礦石中提取金屬的難易程度和成本 04 金屬的存在和提取

總結(2) 金屬的提取 只有少數金屬 (如銀、金和鉑) 以自由態在大自然中存在，大部分金屬都以化合態存在。 金屬可透過提取過程從礦石中獲取。 不同金屬可利用以下方法從礦石中提取： 把金屬礦石單獨加熱 把金屬礦石與碳一起加熱 電解 04 金屬的存在和提取

總結(3) 保護金屬資源 金屬資源是有限的，我們必須保護金屬資源。 以下是保護金屬資源的三個可行方法： 再用金屬物品 回收廢棄的金屬 以其他物料取代金屬 回收金屬的意思是把廢棄的金屬熔化再用。 04 金屬的存在和提取

概念圖(1) 元素 例如：Au 化合物 例如：鋁土礦 金屬 在自然界的存在形式 04 金屬的存在和提取

概念圖(2) 用途 Fe：建築 Cu：電纜 Al：汽水罐 Ti：飛機機身 Au：首飾 性質 外觀 導熱性質 導電性質 密度 硬度 提取 中三化學‧第四課　金屬的存在和提取 概念圖(2) 用途 Fe：建築 Cu：電纜 Al：汽水罐 Ti：飛機機身 Au：首飾 性質 外觀 導熱性質 導電性質 密度 硬度 提取 把金屬礦石 單獨加熱 把金屬礦石與 碳一起加熱 電解 資源保護 再用金屬用品 回收廢棄的 金屬 以其他物料 取代金屬 供應 價格 04 金屬的存在和提取

完 04 金屬的存在和提取