开发利用金属矿物和海水资源
化学与自然资源的开发和利用
高考全息
随堂演练
考点一 金属的冶炼和铝热反应
1.金属的冶炼 由于金属的化学活动性不同,金属离子得到电子还原成金属原子的能 力也就不同,因此需要采用不同的冶炼方法。 KCaNaMgAl ZnFeSnPb(H)Cu HgAg Pt Au
电解法 热还原法 热分解法
(1)热分解法 用加热分解氧化物的方法可制取 Hg、Ag,化学方程式分别为 2HgO 2Hg+O2↑,2Ag2O 4Ag+O2↑。
第1讲 开发和利用金属矿物和海 水资源读
主干梳理
考点层析 考点层析
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解析:Ⅰ和Ⅲ中只有金属钠被还原,但Ⅱ中被还原的元素有钠元素和氢 元素,故制取等物质的量金属钠转移的电子数的关系是Ⅰ=Ⅲ<Ⅱ,A 项错误; Ⅰ法制钠时,阳极发生的电极反应为氧化反应,氢元素不可能被还原为 H2,B 项错误;钠的还原性比铁强,反应能发生的原因可用熵增原理来解释,C 项错 误;Ⅲ法制钠时,铁不能作阳极,若金属铁作阳极时,金属会优先失去电子变 成 Fe2+,Fe2+在阴极会生成单质铁,D 项正确。 答案:D
第1讲 开发和利用金属矿物和海 水资源
知识点一 知识点二 知识点三
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考点层析
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知识点四
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知识点三 金属矿物的开发和利用
1.金属在自然界中的存在 金属元素的存在形态有游离态和化合态。 自然界中,除铂、 金等极少数 金属外,绝大多数金属元素以化合物的形式存在。在地壳中,含量最高的金 属元素是铝,其次是铁。 2.金属冶炼的实质 金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即 Mn++neM(写出通式)。 3.金属冶炼的方法 根据金属的活动性不同,金属冶炼的方法分为电解法、 热还原法、 热分 解法和富集法等。
第一节 开发利用金属矿物和海水资源
2、电解法（适合一些非常活泼属） 、电解法（适合一些非常活泼属） 些非常活泼属
电解
MgCl2 (熔融 === Mg + Cl2 ↑ 熔融) 熔融
电解
2Al2O3 (熔融 === 4Al + 3O2 ↑ 熔融) 熔融
冰晶石 电解
2NaCl (熔融 === 2Na + Cl2 ↑ 熔融) 熔融
3、热还原法（适合大部分金属） 、热还原法（适合大部分金属）
金属的冶炼原理： 金属的冶炼原理： Mn+ + ne- == M
金属矿物的冶炼方法
根据金属的活动性顺序不同,采用不同的冶炼方法 根据金属的活动性顺序不同 采用不同的冶炼方法
1、热分解法（适合一些不活泼金属） 、热分解法（适合一些不活泼金属）
加热
2HgO === 2Hg + O2 ↑
加热
2Ag2O === 4Ag + O2 ↑
第一节
开发利用金属矿物 和海水资源
第一课时
金属矿物的开发利用
主讲人: 主讲人 赵永艳
自然资源与可持续发展
我国21世纪初可持续发展的总体目标 我国21世纪初可持续发展的总体目标 21 可持续发展能力不断增强， 是：可持续发展能力不断增强，生态环 境明显改善，资源利用率显著提高， 境明显改善，资源利用率显著提高，促 进人与自然的和谐， 进人与自然的和谐，推动整个社会走上 生产发展、生活富裕、 生产发展、生活富裕、生态良好的文明 发展道路。 发展道路。
大多数金属矿石里含有杂 如石英、石灰石等， 质，如石英、石灰石等， 因此在冶炼金属时首先需 要富集矿石。 要富集矿石。
在富集后的矿石中 利用不同方法将金属还 原出来，最后进行提纯。 原出来，最后进行提纯。
4-1 海水资源的开发利用
高中学化学教学案（必修2）学案主人主人班级学案序号：【探究课题】4-1 开发利用金属矿物和海水资源【教学内容】海水资源的开发利用（教材P90~92）【教学目标】1、了解海水淡化的方法及其意义。
2、认识海水的主要组成元素。
3、掌握从海水中提取溴、碘、镁的原理。
4、认同化学在海水综合利用中的重要价值。
【教学重点】从海水中提取溴、碘、镁的原理【温故知新】1、【新课导入】海洋约占地球表面积的71%，海洋是生命的摇篮，是一个"蓝色的宝库"。
海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。
加强对海水（包括苦咸水）资源的开发利用，是解决沿海和西部苦咸水地区淡水危机和资源短缺问题的重要措施，是实现国民经济可持续发展战略的重要保证。
【知识清单】一、海水水资源的开发利用1、海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。
海水资源的利用主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
2、海水淡化（1）途径：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。
（2）方法：①蒸馏法——最先使用，技术成熟，但成本高。
②电渗析法——成本低，但未能大量生产。
③离子交换法——目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂。
（3）方向：海水淡化与化工生产相结合，与能源技术结合。
3、海水蒸馏（1）装置：a.蒸馏烧瓶；b.冷凝管；c.牛角管；d.锥形瓶。
（2）注意事项：①.烧瓶需垫石棉网进行加热。
②.烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容量的2/3，也不能少于烧瓶容量的1/3。
③.需向烧瓶中加沸石或碎瓷片，防暴沸。
④.冷凝水流向：下口进，上口出。
4、电渗析法利用离子交换膜进行海水淡化的方法。
离子交换膜分为阴离子交换膜和阳离子交换膜，分别简称阴膜和阳膜。
阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过。
在外加电场的作用下，水溶液中的阴、阳离子会分别向阳极和阴极移动，如果中间再加上一种交换膜，就可能达到分离浓缩的目的。
5、离子交换法利用离子交换剂中的可交换基团与溶液中各种离子间的离子交换能力的不同来进行分离的一种方法。
海水资源的开发利用
注意观察实验现象
现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀 眼的白光，纸漏斗被烧穿，有熔融物落 入沙中。
高温
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
结论：反应中铝做还原剂，在一定的条件下与某 些比铝不活泼金属的氧化物（例：MnO2、Cr2O3、 Co3O4）反应，把其中的金属还原成单质。所以 一些活泼的金属也可作还原剂，将相对不活泼的 金属从其化合物中置换出来。
石灰乳Ca(OH)2
海水
①
Mg(OH)2沉淀
电解 熔融 ③
盐酸
②
MgCl2溶液
无水MgClMg(OH)2 +CaCl2 ②、Mg(OH)2+2HCl== MgCl2+2H2O
③、MgCl2(熔融)=== Mg+Cl2
电解
5、海水晒盐
我国的海水制盐具有悠久的历史。从海水中制的 的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、 纯碱、金属钠、以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工 品。
开发利用 金属矿物和海水资源
主讲教师：张遵甲
一、金属矿物的开发利用
自然界中存在着丰富的矿产资源
含三价铁的红色石英
纤磷锰铁矿
黄铜矿 锌矿
钨矿
蓝 铜 矿
赤铁矿
思考：这些矿石与我们日常所见 到的金属一样吗？金属元素在自然界 中以什么样的形式存在呢？
（一）、金属在自然界中的存在形式
1、金、铂等少数金属以单质形式存在。 2、绝大多数金属以化合物形式存在。金属 化合物中，金属元素都显正价。
6、新型能源的开发
①铀和重水是核能开发的重要原料.
②潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和 开发的新型能源。
海水综合利用联合工业体系一例
必修二第四章第一节 开发利用金属矿物和海水资源
第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时知识点一、金属的冶炼(1)热分解法对于不活泼金属,可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来,2HgO=2Hg+O2↑Ag2O=(2)热还原法在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：Fe2O3+CO 高温WO3+H2高温（湿法炼铜）Fe+CuSO4= Fe2O3+Al高温【演示实验】课本P81实验4-1镁条的作用：氯酸钾的作用：现象：结论：化学方程式：铝热剂：应用：①焊接钢轨②冶炼高熔点金属(3)电解法活泼金属较难用还原剂还原,通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属,例如:NaCl（熔融）电解4NaOH（熔融）电解4Na+O2+2H2OMgCl2（熔融）电解Al2O3电解[思考] 工业上制备金属铝，采用电解熔融的Al2O3（加冰晶石时）而不电解熔融的AlCl3；工业上制备金属镁，则采用电解熔融的MgCl2，而不电解MgO的原因？[归纳小结]结论：金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag例题：冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）法，③活泼金属置换法，④电解法。
四种方法在工业上均有应用。
古代有（Ⅰ）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（KCl•MgCl2•6H2O）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（）A．（Ⅰ）用①B．（Ⅱ）用②C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④巩固练习1．我国古代的湿法冶金术是世界闻名的。
我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼的金属是（）A、FeB、CuC、AgD、Hg2．在冶金工业上，均不能用化学还原剂制得的一组金属是（）A、Na Mg AlB、Na K Zn FeC、Zn Fe Cu AgD、Mg Al Zn Fe3．下列冶炼方法中，可将化合物中的金属元素还原为金属单质的是（）_____________ ________________ ________A、加热Al2O3B、加热CaCO3C、电解熔融NaClD、氯化钠与铝粉高温共热4．铝能用于冶炼难熔的金属（如：钒、铬、锰等），这是因为铝具有什么性质（）A、金属性和非金属性B、导电性C、熔点低D、还原性，在冶炼反应中放出大量热5．下列金属冶炼的反应原理，错误的是（）A、2NaCl（熔融）电解2 Na+Cl2↑B、MgO+H2高温Mg+H2OC、Fe3O4+4CO 高温3Fe+4CO2D、2HgO高温2Hg+O2↑6．.石灰在工农业生产和建筑业上有着重要用途。
金属矿物的开发利用
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 取法
随堂训练
1.下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是
A、加热氧化铝 B、加热碳酸钙 C、电解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热
C
随堂训练
2. 宋朝初期，我国已将湿法炼铜应用于生产，其 反应原理为（ C ） A、CuO+H2==Cu+H2O B、CuO+CO==CO2+Cu
（1）热分解法：对于不活泼金属，由于其化合物不稳定， 常采用加热分解的方法冶炼。
2HgO 2Hg＋O2 ↑ 2Ag2O 4Ag＋O2 ↑ （2）热还原法：大多数金属的冶炼都是高温下使用还原 剂（如CO、H2、C(焦炭)）还原完成的。 高炉炼铁：Fe2O3 ＋ 3CO ＝ 2Fe ＋ 3CO2
高温
加热
铝热反应的应用：
①铝热反应会放出大量热，可用来冶炼高熔点相对较 不活泼金属（如Fe、Cr、V、Mn等）；②焊接钢轨。
铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊 接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理， 使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等
14
其它铝热反应
高温
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
△ C、Fe+CuSO4==Cu+FeSO 4 △
2NaCl (熔融)
电解
2Na ＋ Cl2 ↑
电解熔融的氯化钠
金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al
电解法
Zn Fe Sn Pb (H) Cu
第一节 开发利用金属矿物和海水资源(第二课时)
第一节开发利用金属矿物和海水资源(第二课时)【学习目标】掌握海水资源开发利用的方法【基础知识】１．海水资源的广阔性：海洋占地球表面积的，具有十分巨大的开发潜力．仅以海水资源为例，海水和海水具有非常广阔的前景．海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占地球总淡淡量的97%。
海水中除了水以外，还含有多种常量元素和微量元素。
２．海水资源的多样性：海水中含有丰富的水资源；另外，海水中溶解和悬浮有大量的____________和，ＨＯＣｌＮａＫＣａＳＣＦＢＢｒＳｒ等种元素超过总量的；微量元素计多种．虽然海水中的元素种类，总储量，但富集程度却．３．海水资源的利用（１）海水水资源的利用海水水资源的利用主要包括和等。
海水淡化的途经：从海水中提取或从海水中把都可以达到淡化海水的目的．海水淡化的方法：主要有、、等．其中的历史悠久，技术和工艺也比较完善，但。
因此，海水淡化同结合、同结合，成为海水综合利用的重要方向。
（２）海水化学资源的利用【科学探究】１、海水提溴实验方案：⑴用法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。
⑵向酸化的海水中通入适量的，使溴离子转化为溴单质。
⑶向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛溶液的吸收塔内。
⑷向吸收塔内中溶液内通入适量的氯气。
⑸用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔中溶液里的单质。
化学方程式： 2NaBr＋Cl2＝；Br2＋SO2＋2H2O＝；2HBr＋Cl2＝；【科学探究】２、海带中碘元素的检验【自主探究】常用物质分离的方法有哪些(多多益善)?________________________________________________________________________【自我测试】1．海洋是非常巨大的资源宝库，以下有关海洋资源开发和利用的说法，不正确的有( )A．海洋约占地球表面积71％，水储量达1．3×109亿吨，故人类不存在缺水问题B．海水资源的利用包括水资源的利用和化学资源的利用，两者可以综合进行C．海水中除H2O外，还含有Cl、Na、K、Mg、Ca、S、F等多种元素的化学资源D．由于与岩石、大气和生物相互作用，海水中溶解和悬浮有大量无机物和有机物2．如果实行海水淡化来供应居民饮用水，下列方法中在原理上完全不可行的是A．加明矾使海水中的盐沉淀出来而淡化 ( )B．利用太阳能使海水升温，通过蒸馏而使其淡化C．将海水缓慢降温凝固以获得淡水D．将海水通过离子交换树脂以除去各种离子3．从海水中提取镁的方法是首先使海水中的Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀。
高一化学 第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源 课件人教版必修二
（2）
NaCl的水溶液制NaOH
2NaCl + 2H2O 电解
（3）制金属Na
H2 + Cl2 + 2NaOH
2NaCl（熔融）电解 2Na + Cl2
（4）制Na2CO3
NaCl +H2O+NH3 +CO2= NaHCO3 ↓+ NH4Cl
NaHCO3 =H2O+ CO2↑+Na2CO3
由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银 之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。
然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改进， 现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成 分是Al2O3，当然还是有很多 其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一 降千丈，走入千家万户。
海水资源的利用：
主要有： 1.海水中水资源的利用 海水的淡化（咸水 淡水） 2.直接利用海水进行循环冷却（作 冷却用水）
海水的淡化：
（1）海水淡化的途径:
从海水中提取淡水 从海水中分离出盐 （2）海水淡化的方法: 蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本 高） 电渗析法（成本低，但未能大量生产） 离子交换法（目前正迅速发展，但需要不 断更新离子交换树脂）
弱
电解法
热还原法
热分解法
镁在地壳中含量只有 铝的四分之一，而且 镁比铝更加活泼，所 以要想矿物质中获取 镁，代价比铝更高。
海洋中含有大量的氯 化镁，海水又咸又苦。 咸是因为含有氯化钠， 据估算，假如每年从海水中提 苦是因为含有氯化镁， 同样道理，粗盐易 取1亿吨镁再过一百万年，海 潮解是因为其中含 水中镁的含量也只会从目前的 有较多的氯化镁， 0.13%降低到0.12%，即只减 而氯化镁易吸水。 少了万分之一。可谓取之不尽 用之不竭。
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A.具有导电性 B.具有延展性 C.既能与酸反应又能与碱反应 D.被氧化过程中放出大量的热
例8、在冶金工业上，均不能用通常化学还原
剂制得的金属组是( A )
A.Na、Mg 、Al
B.Na、K 、Zn
C.Fe、Cu、Ag
D.Na、Ca、Cu
例9、目前，工业上冶炼铝通常采用的方
电解
Mg MgCl2(熔融) === Mg+Cl2↑
电解
Al
2Al2O3(熔融) =冰==晶=石= 4Al + 3O2↑
电解
Na
2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑
金属的冶炼的步骤：
金属的回收和资源保护： 1.回收金属的意义： (1).节约矿物资源； (2).节约能源； (3).减少环境污染。
高温
ZnO+C === Zn + CO ↑
(2).一些活泼金属也可作还原剂，将相对不 活泼的金属从其化合物中置换出来。
Fe + CuSO4 == FeSO4 + Cu
实验铝热反应
现象：镁条剧烈燃烧， 并发出耀眼的光芒。纸 漏斗的下部被烧穿，有 熔融物落入沙中。待熔 融物冷却后，除去外层 熔渣，可以发现落下的 是铁珠。
2Ag2O == 4Ag + O2↑
2.非常活泼的金属(Zn前金属)——电解法 通电分解其熔融离子化合物的方法来冶炼。
3.其他金属(Zn—Cu中等活泼金属)——热还原法
(1).常用的还原剂有焦炭、CO、H2还原金属
Fe2O3+3CO =高=温= 2Fe + 3CO2 ↑
高温
CuO+H2 === Cu + H2O
钙离子0.40g 钾离子0.38g 其它0.25g
海洋水资源 化学资源 矿产资源 海水资源 生物资源 能源
空间资源
海洋中的资源:
我们面临的问题:
地球表面虽然有71% 被水覆盖，
但其中97.2%是海水，
在2.8%的淡水中，又 有69%是人类难以利 用的两极冰盖。
人类可用淡水只占全 球水总量的0.77%
C.Al可以用直接加热法冶炼得到
D.Fe可以用铝热法冶炼得到
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二、海水资源的开发利用:
从太空观察地球，看到地球上有七片陆地 “漂浮”在一大片蓝色的海洋之中！
海洋是美丽的也是富饶的！
是“历史.31g 氯离子19.10g 钠离子10.62g 硫酸根离子2.66g 镁离子1.28g
Zn Fe Sn Pb(H) Cu
Hg Ag Pt Au
主要冶 炼方法
电解法
热还原法
热分 解法
物理 方法
原因：
金属原子失电子能力 金属离子得电子能力
强→弱 弱→强
金属冶炼的方法:
1.不活泼的金属——热分解法 不活泼金属(一般是Cu后的金属)，加热
分解其氧化物！
▲
2HgO == 2Hg + O2↑
▲
2.回收金属的实例 (1).废旧钢铁用于炼钢； (2).废铁屑用于制铁盐； (3).银镜反应回收银
考考你:
A 例1、金属冶炼的目的是（
）
A. 把金属化合物还原为金属单质
B. 除去金属中的杂质
C. 把金属单质变为氧化物
D. 把电能转变为化学能
例2、 下列关于金属冶炼的说法不正确的
是( D )
A.金属冶炼是由人类生产生活需要发展 起来的 B.天然矿藏很少只含一种金属元素往往 含有较多杂质 C. 金属的冶炼主要步骤有矿石的富集、 冶炼还原和精炼三个步骤 D.金属冶炼一定要用到还原剂
开发利用金属矿物和海水资源
夯实基础：
一、金属矿物的开发利用
二、海水资源的开发利用
思考：
你能说出几种常见的金属单质及其在 自然界中的存在形式吗？
游离态：Pt、 Au等
绝大部分以化合态存在 金属冶炼的实质： Mn++ne－ = M
金属冶炼的方法与金属活动顺序的关系：
金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al
例3、工业上常采用电解法冶炼的金属是
( C)
A. Fe C. Al
B.Cu D.Ag
例4、可用热分解法就可能制得的金属有
( C)
A.Cu Cr C.Ag Hg
B.Ti W D.Na Al
例5、 冶炼金属常用以下几种方法: ①以C或H2、CO作为还原剂还原法； ②热分解法; ③电解法； ④铝热法。 现冶炼下列金属:Al、Mg、Cu、Hg、Mn
法是( C )
A.CO或氢气还原法 B.铝热反应法
C.电解法
D.热分解法
例10、下列叙述正确的是( A )
A.工业上用电解熔融氯化钠的方法 制取钠
B.钠加入氯化镁的饱和溶液中可以 制取金属镁
C.电解冶炼铝的原料是氯化铝
D.碳在高温下能还原氧化铝中的铝
例11、下列说法正确的是( D )
A.Mg可以用置换法和电解法冶炼 得到 B.Cu可以用电解法冶炼得到
高温
3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3
常见金属的冶炼原理:
金属
冶炼原理
Fe
FFee22OO33++32CAOl=高==高温==温=22FFe+e+A3lC2OO3(2铝(高热炉法炼炼铁铁) )
Cu
Cu2S+O2高=温= 2Cu+SO2 (火法炼铜)
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(湿法炼铜)
1、海水中水资源利用方式:
水资源 的利用
直接利用 蒸馏法
海水淡化 电渗析法 离子交换法
海水蒸馏原理示意图： ——蒸馏法
太阳能蒸发海水示意图：
电渗析法：
离子交换法：
阳离子交换树脂:HR + Na+ == NaR + H+
阴离子交换树脂:ROH + Cl－ == RCl + OH－
试标明适宜的冶炼方法。
Al:__③___； Mg:__③___；Cu:_①____；
Hg:__②___； Mn:__④___。
例6、宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦 泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水 的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的 起源，请写出该反应的离子方程式： ________F_e_+_C_u_2_+=_C__u_+_F_e2_+__________。
高温
铝热剂
2Al+Fe2O3==2Fe+Al2O3
对铝热反应的解析:
①.镁条为引燃剂、 氯酸钾为助燃剂；
②.铝热反应为放热反应；
③.用于焊接钢轨；
④.铝与不活泼金属氧化物的混合物叫铝热剂。
高温
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
高温
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3
冶炼高熔 点金属