41開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

1、第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展,第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源,第一課時(shí),4.1.1金屬礦物的開發(fā)利用,一、金屬礦物的開發(fā)利用,金,銀,人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是,銅,思考：分析一下這是什么原因呢,Cu2（OH）2CO3 = 2CuO + H2O + CO2,C + 2CuO = CO2 + 2Cu,高溫,銅是人類第一種大量使用的金屬，結(jié)束了漫長(zhǎng)的“石器時(shí)代,在公元前6000年到7000年左右，人類開始邁進(jìn)了象征古代文明開端的“銅器時(shí)代,銅 鏡,漢武帝時(shí)銅幣,先秦刀幣,這是英法聯(lián)軍洗劫焚毀世界建筑史上最杰出的園林圓明園后，被劫掠到國(guó)外的珍貴文物銅虎頭，2000年在香港被拍賣。由中國(guó)派員出高價(jià)

2、將其贖回,記住我們的國(guó)恥：中國(guó)還有上百萬(wàn)件珍貴文物流失海外,我國(guó)古代煉鐵工業(yè)長(zhǎng)期領(lǐng)先于世界，我們?cè)谖鳚h初時(shí)已經(jīng)懂得用木炭與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領(lǐng)先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國(guó)直到500年后（相當(dāng)于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù),古代中國(guó)勞動(dòng)人民用木炭煉鐵,金屬的冶煉”的實(shí)質(zhì)是什么,冶煉金屬的實(shí)質(zhì)是用還原的方法 使金屬化合物中的金屬離子得到 電子變成金屬原子,將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉,金屬活動(dòng)性順序,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au,金屬活動(dòng)性逐

3、漸減弱,金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng),1、熱分解法（適合一些不活潑金屬,歸納冶煉金屬的幾種方法,2、物理提取法：適用于極不活潑的 金屬Pt、Au,3、熱還原法（適用于大部分金屬,煉鐵,鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)41,反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼的白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中,1、鎂條的作用是什么？ 2、氯酸鉀的作用是什么,鋁熱劑,結(jié)論：鋁也是還原劑，在一定的條件下與某些金屬氧化物反應(yīng)，把其中的金屬還原成單質(zhì)。所以一些活潑的金屬也可作還原劑,問題,反應(yīng)現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，發(fā)出強(qiáng)光，紙漏斗被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠,Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3,高溫,其

4、它鋁熱反應(yīng),3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3,高溫,Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3,高溫,3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3,高溫,鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用,鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等,由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價(jià)格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級(jí)珠寶店的高檔貨,然而自從美國(guó)青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工 藝不斷改進(jìn)，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成 分是Al2O3，當(dāng)然還是有很多其它雜質(zhì)的）中冶煉鋁的技術(shù)了，使得

5、制鋁成本大大下降，鋁的價(jià)格也一降千丈，走入千家萬(wàn)戶,Al,4、電解法（適合一些非?；顫娊饘?K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au,電解法,熱還原法,熱分解法,物理提取法,金屬活動(dòng)性順序,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au,金屬的化學(xué)性質(zhì)和冶煉方法,小結(jié)： （1）熱分解法和電解法適用于金屬活動(dòng)順序中氫以后的金屬冶煉或精煉。 （2）熱還原法適用于金屬活動(dòng)順序中部的金屬冶煉 （3）電解熔鹽或氧化物法選用于鉀、鈉、鈣、鋁等活潑金屬的冶煉,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)

6、Cu Hg Ag Pt Au 電解法 熱還原法 熱分解法 物理提取法,鎂在地殼中含量只有鋁的四分之一，而且鎂比鋁更加活潑，所以要想礦物質(zhì)中獲取鎂，代價(jià)比鋁更高,Mg,海洋中含有大量的氯化鎂，海水又咸又苦,咸是因?yàn)楹新然c,苦是因?yàn)楹新然V,同樣道理，粗鹽易潮解是因?yàn)槠渲泻休^多的氯化鎂，而氯化鎂易吸水,據(jù)估算，假如每年從海水中提取1億噸鎂再過一百萬(wàn)年，海水中鎂的含量也只會(huì)從目前的0.13%降低到0.12%，即只減少了萬(wàn)分之一?？芍^取之不盡，用之不竭,1、不同的金屬，冶煉方法不同,n,M,得電子,M,被還原,因?yàn)榻饘匐x子的得電子能力不同，所以冶煉方法不同,2、金屬活動(dòng) 性順序金屬的冶煉,K、

7、Ca、Na、Mg、Al,Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu,Hg、Ag、Pt、Au,強(qiáng)弱,弱強(qiáng),電解法,熱還原法,熱分解法,練習(xí),1、下列各種冶煉方法中，可以制得 相應(yīng)金屬的是（ ） A、加熱氧化鋁 B、加熱碳酸鈣 C、電解熔融氯化鈉 D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱 2、根據(jù)金屬在金屬活動(dòng)順序表中的位置 及性質(zhì)，推測(cè)制取下列金屬最適宜的方法： Na Zn Hg Au,C,電解法,加熱還原法,加熱分解法,物理提取法,第二課時(shí),4.1.2海水資源的開發(fā)利用,二、海水資源的開發(fā)和利用,從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍(lán)色的海洋之中,是“歷史留給人類的資源儲(chǔ)備,海洋是美麗的， 也是富饒的

8、,海洋生物資源,含80多種元素，以氫、氧、 氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等 較多。被稱為“元素的故鄉(xiāng),海水中鈾多達(dá)45億噸 是已知陸地鈾礦儲(chǔ)量 的4500倍。氘有50億 噸足夠人類用上千萬(wàn) 年,海水中的化學(xué)資源,海洋中的礦產(chǎn)資源,海水中的水1.3X109 億噸 占地球總水量97% （3%在陸地、淡水） 海水中除了水以外，還含有80多種元素，有的含量很大（如NaCl ）有的含量很少（如Au,海水資源的廣泛性,海洋約占地球表面積71% 海洋中的資源 ： 動(dòng)物:（魚類、海獅、海馬、貝類 植物:（海草、海帶 礦物:（各種鹽、NaCl、MgCl2 . 海底金屬結(jié)核礦、石油 水 : （水資源及各種溶解的鹽類,海

9、水中的水1.3X109 億噸 占地球總水量97% （3%在陸地、淡水） 海水中除了水以外，還含有80多種元素，有的含量很大（如NaCl ）有的含量很少（如Au,海水資源的多樣性,海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物 按含量計(jì)：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13種元素的質(zhì)量占總水量的99%，其余1%為70多種含量微少的元素,海水資源的分散性,海水因?yàn)榱刻蟆⒚嫣珡V，大多數(shù)元素盡管總量很大但由于太分散 ，含量極微少 如：海水中金元素總含量約為50000000t（5千萬(wàn)噸）但一頓海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克） （百分之0.000004克,海水綜合利用的重要方

10、向,海水綜合利用的重要方向是：海水淡化同 化工生產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合。如從海水中 制得的氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如 生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂 白粉等含氯化工產(chǎn)品。從海水中制取鎂、鉀、 溴及其化工產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的發(fā)展。 從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。 例如，鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料， 從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國(guó)家來說具有戰(zhàn) 略意義?；瘜W(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越 來越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越來越 受到重視和開發(fā)的新型能源,二、海水資源的開發(fā)利用 P82,二、海水資源的開發(fā)利用 P82,教學(xué)目標(biāo)： 了解海水資源開發(fā)和利用的前景

11、及化學(xué)在其中可以發(fā)揮的作用,1、海水資源的廣泛性,海洋約占地球表面積71% 海洋中的資源 ： 動(dòng)物:（魚類、海獅、海馬、貝類 植物:（海草、海帶 礦物:（各種鹽、NaCl、MgCl2 . 海底金屬結(jié)核礦、石油 水 : （水資源及各種溶解的鹽類,海水中的水1.3X109 億噸 占地球總水量97% （3%在陸地、淡水） 海水中除了水以外，還含有80多種元素，有的含量很大（如NaCl ）有的含量很少（如Au,2、海水資源的多樣性,海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物 按含量計(jì)：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13種元素的質(zhì)量占總水量的99%，其余1%為70多種含量微少的元素,3、海

12、水資源的分散性,海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡管總量很大但由于太分散 ，含量極微少 如：海水中金元素總含量約為50000000t（5千萬(wàn)噸）但一頓海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克） （百分之0.000004克,4、海水資源的利用,主要有： 1. 海水的淡化（咸水 淡水） 2.直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻（作冷卻用水,5、海水的淡化,1）海水淡化的途徑: 從海水中提取淡水 從海水中分離出鹽 （2）海水淡化的方法: 蒸 餾 法（最先使用，技術(shù)成熟，但成本高） 電滲析法（成本低，但未能大量生產(chǎn)） 離子交換法（目前正迅速發(fā)展，但需要不斷更新離子交換樹脂,蒸餾法所用的裝置及原理,原理

13、：加熱到水的沸點(diǎn)， 使水汽化變成水蒸氣，再冷凝得淡水。 注意：圖4-3海水蒸餾原理示意圖,進(jìn),冷卻水 出,圖4-4太陽(yáng)能蒸發(fā)原理示意圖,6、海水的綜合利用,1）海水制鹽生產(chǎn)NaCl （2） NaCl的水溶液制NaOH （3）制金屬Na （4）制Na2CO3 2 NaOH + CO2= Na2CO3 + H2O,2NaCl + 2H2O 電解 H2 + Cl2 + 2NaOH,2NaCl（熔融）電解 2Na + Cl2,5）從海水中制金屬鎂 海水 蒸發(fā) MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O,MgCl2 通電

14、Mg + Cl2,粗鹽 水、重結(jié)晶 精鹽,母液 Mg(OH)2 鹽酸、濃縮 MgCl2 H2O 脫水 MgCl2 電解 Mg,貝殼 煅燒 CaO 水 石灰乳,課本P83科學(xué)探究1,6）科學(xué)探究 1.從海水中提取溴 (寫出有關(guān)的化學(xué)方程式) 課本資料卡片P83 和全解P255 2 NaBr + Cl2 =2 NaCl + Br2 Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4 2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2,實(shí)驗(yàn)探究：2.如何證明海帶中存在碘元素,實(shí)驗(yàn)4-2 全解P255 實(shí)驗(yàn)方法： 1、取約3克的干海帶，用刷子去凈其表面上的附著物，把海帶剪碎后，用適量酒精浸濕，放入坩堝中 2、把泥三角放在鐵三腳架上，將坩堝放在泥三角上，點(diǎn)燃酒精燈將海帶灼燒至完全