時開發(fā)利用金屬礦物和海水資源必修二PPT課件

1、天然金Au天然鉑Pt自然界礦物中的金屬元素存在形態(tài)自然界礦物中的金屬元素存在形態(tài)赤鐵礦赤鐵礦 FeFe2 2O O3 3藍(lán)銅礦藍(lán)銅礦Cu3CO32(OH)2 螢石螢石 CaFCaF2 2第1頁/共45頁人類使用的金屬材料中金屬的存在狀態(tài)？人類使用的金屬材料中金屬的存在狀態(tài)？第2頁/共45頁金、鉑等為游離態(tài)金、鉑等為游離態(tài)得電子，被還原得電子，被還原Mn+ M + n e-主要是化合態(tài)主要是化合態(tài) 將金屬從其化合物中將金屬從其化合物中還原還原出來，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槌鰜恚怪D(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)的過程。單質(zhì)的過程。(1)(1)金屬在自然界中的存在形式？金屬在自然界中的存在形式？(2)(2)金屬冶煉指的是什么？金屬

2、冶煉指的是什么？ 一、金屬礦物的開發(fā)利用一、金屬礦物的開發(fā)利用 1 1、金屬的冶煉、金屬的冶煉(3)(3)冶煉金屬的步驟：冶煉金屬的步驟：采礦采礦礦石富集礦石富集金屬冶煉金屬冶煉精煉精煉第3頁/共45頁 法國皇帝拿破侖是一個喜歡炫耀自己的人。他法國皇帝拿破侖是一個喜歡炫耀自己的人。他常常大擺宴席，宴請?zhí)煜沦e客。每次宴會，他總常常大擺宴席，宴請?zhí)煜沦e客。每次宴會，他總是擺出一副高人一等的樣子。餐桌上的用具幾乎是擺出一副高人一等的樣子。餐桌上的用具幾乎全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個碗?yún)s是全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個碗?yún)s是鋁制品。鋁制品。思考與交流思考與交流 由于早期煉鋁十分困難，所以

3、鋁的價格十分昂由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至貴，一度超越金銀之上，直至19世紀(jì)上半葉，鋁世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。 為什么貴為法國皇帝，在當(dāng)時卻不用高貴而亮為什么貴為法國皇帝，在當(dāng)時卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？第4頁/共45頁 自從美國青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制自從美國青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工鋁工 藝不斷改進(jìn)，藝不斷改進(jìn)，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成礦（主要成 分是分是Al2O3）中冶煉鋁的

4、技術(shù)，使得制中冶煉鋁的技術(shù)，使得制鋁成本大大下降，使鋁走入千家萬戶。鋁成本大大下降，使鋁走入千家萬戶。電解槽電解槽2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2 電解電解冰晶石冰晶石反應(yīng)原理反應(yīng)原理: :第5頁/共45頁 古代中國勞動人古代中國勞動人民用木炭煉鐵民用木炭煉鐵 我國古代煉鐵工業(yè)長期領(lǐng)先于世界，我國在西漢初時已我國古代煉鐵工業(yè)長期領(lǐng)先于世界，我國在西漢初時已經(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，而歐洲最早的英國直到的英國直到500年后（

5、相當(dāng)于清朝乾隆末年），才掌握這年后（相當(dāng)于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù)。一技術(shù)。反應(yīng)原理反應(yīng)原理: : Fe2O33CO 2Fe3CO2高溫高溫鐵礦石鐵礦石焦炭焦炭空氣空氣石灰石石灰石主主要要原原料：料：第6頁/共45頁電解法電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法 1、 思考思考: 工業(yè)上工業(yè)上 如何冶煉鋁和鐵如何冶煉鋁和鐵?為什么為什么鐵和鋁的冶煉方法不同？鐵和鋁的冶煉方法不同？金屬越活潑，越難冶煉金屬越活潑，越難冶煉2 2、金屬冶煉方法的確定、金屬冶煉方法的確定由金屬活潑性決定由金屬活潑性決定K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag弱弱強(qiáng)強(qiáng)電解法電解法還

6、原法還原法 Fe2O33CO 2Fe3CO2 高溫高溫2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2 電解電解 冰晶石冰晶石第7頁/共45頁 3 3、金屬冶煉的方法舉例、金屬冶煉的方法舉例（1）熱分解法熱分解法2HgO 2Hg O2 加熱加熱2Ag2O 4AgO2 加熱加熱不活潑金屬（一般是不活潑金屬（一般是H后的金屬）后的金屬）Cu2S + O2 2Cu + SO2 高溫高溫火法煉銅火法煉銅AuCl4加熱加熱 Au+2Cl2第8頁/共45頁（2）電解法）電解法MgCl2 (熔融熔融) Mg Cl2 電解電解2NaCl (熔融熔融) 2NaCl2 電解電解2Al2O3 (熔融熔融) 4Al 3O2

7、 電解電解冰晶石冰晶石鋁土礦鋁土礦適合一些非?；顫娊饘伲ㄟm合一些非常活潑金屬（ Zn前金屬）前金屬）第9頁/共45頁 （常用的還原劑有：焦炭、（常用的還原劑有：焦炭、CO、H2 等）等）（3 3）熱還原法）熱還原法（ZnZnCuCu中等活潑金屬中等活潑金屬） 常用的還原劑還有哪些常用的還原劑還有哪些? ? Fe2O33CO 2Fe3CO2 高溫高溫2CuO + C 2Cu + CO2 高溫高溫高爐煉鐵高爐煉鐵主要反應(yīng)主要反應(yīng)WO3 + 3H2 W + 3H2O 高溫高溫 Cr2O32Al 2Cr Al2O3 高溫高溫第10頁/共45頁現(xiàn)象現(xiàn)象化學(xué)化學(xué)方程式方程式Fe2O3+2Al = 2Fe

8、+ Al2O3高溫高溫反應(yīng)放出大量的熱，發(fā)出耀眼的光芒，紙漏斗下部被燒穿，有熔融物落入沙中。請思考：請思考：實驗中用到的鎂條和氯酸鉀有什么作用？實驗中用到的鎂條和氯酸鉀有什么作用？鋁熱劑鋁熱劑鎂條為引燃劑，氯酸鉀為助燃劑鎂條為引燃劑，氯酸鉀為助燃劑放熱反應(yīng)第11頁/共45頁2AlFe2O3 2FeAl2O3高溫高溫3MnO24Al 2Al2O33Mn高溫高溫Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O33Co3O4+8Al 9Co + 4Al2O3高溫高溫高溫高溫其它鋁熱反應(yīng)：其它鋁熱反應(yīng)： 鋁熱反應(yīng)：鋁熱反應(yīng)： 鋁某些金屬氧化物 Al2O3金屬單質(zhì)高溫高溫 鋁熱反應(yīng)適用于一些沒有Al活潑，但是是

9、高熔點的金屬單質(zhì)。如Fe、Cr、V、Mn等第12頁/共45頁鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：鋁熱反應(yīng)應(yīng)用鋁熱反應(yīng)應(yīng)用冶煉難熔的金屬冶煉難熔的金屬焊接鋼軌焊接鋼軌 （冶練常用的還原劑有：（冶練常用的還原劑有： 焦炭、焦炭、CO、H2 、Al等活潑金屬等活潑金屬 ）第13頁/共45頁4 4、合理開發(fā)和利用礦物資源的途徑：、合理開發(fā)和利用礦物資源的途徑：（1 1）廢舊金屬回收；）廢舊金屬回收； （2 2）礦物資源保護(hù)；）礦物資源保護(hù)； （3 3）尋找金屬替代品。）尋找金屬替代品。 金屬鋁的回收與利金屬鋁的回收與利用用第14頁/共45頁（1 1）節(jié)約礦物資源；）節(jié)約礦物資源；（2 2）節(jié)約能源；）節(jié)約能源；（3 3）

10、減少環(huán)境污染）減少環(huán)境污染（1 1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2 2）廢鐵屑用于制鐵鹽；）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3 3）定影液用于回收銀）定影液用于回收銀回收金屬的實例：回收金屬的實例：回收金屬的意義：回收金屬的意義：第15頁/共45頁 從太空觀察地球，看到地球上有七片陸從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地地“漂浮漂浮”在一大片藍(lán)色的海洋之中在一大片藍(lán)色的海洋之中海洋是海洋是“歷史留給人類的資源儲備歷史留給人類的資源儲備”海洋是美麗的，海洋是美麗的，也是富饒的也是富饒的 水資源、化學(xué)資源、生物資源、能源水資源、化學(xué)資源、生物資源、能源第16頁/共45頁海水資源的開發(fā)利用 海水中蘊含

11、著豐富的水資源和化學(xué)資源，海水中蘊含著豐富的水資源和化學(xué)資源，2121世紀(jì)人類將重點開發(fā)海洋資源。世紀(jì)人類將重點開發(fā)海洋資源。 海洋約占地球表面積的71%，其水的儲量約占地球上總水量的97%，具有十分巨大的開發(fā)潛力。第17頁/共45頁海水資源的開發(fā)利用 海洋中含有海洋中含有80多種元素，其中多種元素，其中H、O、Cl、Na、K、Mg、Cs、S、C、F、Br、Sr等等13種元素含量超過總量的種元素含量超過總量的99。第18頁/共45頁海洋中的資源海洋中的資源 ：動物動物:（魚類、海獅、海馬、貝類（魚類、海獅、海馬、貝類植物植物:（海草、海帶（海草、海帶礦物礦物:（各種鹽、（各種鹽、NaCl、Mg

12、Cl2 、海底金屬結(jié)核礦、海底金屬結(jié)核礦、石油石油水水 :海水中的水約海水中的水約1.3X109 億噸億噸,占地球總水量占地球總水量97%第19頁/共45頁（1）海水的直接利用：用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻；（2）海水的淡化；（3）制鹽和以鹽為原料的鹽化工；（4）提取海水中溶存的有用元素。問題:海水的綜合利用有哪些方面?第20頁/共45頁海水中水資源的利用獲取淡水冷凍法、太陽能法、多級閃蒸、1、意義：全球海水淡化日產(chǎn)量約、意義：全球海水淡化日產(chǎn)量約3500萬立方米左萬立方米左右，其中右，其中80%用于飲用水，解決了用于飲用水，解決了1億多人的供水問億多人的供水問題，即世界上題，即世界上1/50的人口靠海

13、水淡化提供飲用水。的人口靠海水淡化提供飲用水。平均每人每年約需要淡水平均每人每年約需要淡水1500-1800立方米。我國立方米。我國人均水資源排在時界第人均水資源排在時界第121位，被聯(lián)合國列為位，被聯(lián)合國列為13個個最貧水國家之一。估計到最貧水國家之一。估計到2025年，全世界有近年，全世界有近1/3人人口缺水，波及的國家和地區(qū)將達(dá)到口缺水，波及的國家和地區(qū)將達(dá)到40多個。多個。第21頁/共45頁優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點： 成本較高成本較高,難推廣應(yīng)用。難推廣應(yīng)用。原理：原理： 將海水加熱至將海水加熱至105，蒸發(fā)汽化，然后使蒸，蒸發(fā)汽化，然后使蒸汽冷凝得到蒸餾水；汽冷凝得到蒸餾水；蒸餾法的歷

14、史最久，技術(shù)和工藝也比較完善；注意事項：注意事項： 燒瓶中放入碎瓷片或沸石，防止加熱燒瓶中放入碎瓷片或沸石，防止加熱時發(fā)生暴沸；冷卻水下進(jìn)上出，逆流時發(fā)生暴沸；冷卻水下進(jìn)上出，逆流冷卻，提高冷卻效果。冷卻，提高冷卻效果。第22頁/共45頁離子交換法離子交換法原理：制淡水是將海水中所有離子全部吸附在離子原理：制淡水是將海水中所有離子全部吸附在離子交換樹脂上交換樹脂上,也就是說離子交換樹脂將海水中的也就是說離子交換樹脂將海水中的“離子離子”幾乎全部幾乎全部“截流截流”了了第23頁/共45頁電滲析法電滲析法原理：是利用電場的作用原理：是利用電場的作用,強(qiáng)行將離子向電極處吸強(qiáng)行將離子向電極處吸引引,致

15、使電極中間部位的離子濃度大為下降致使電極中間部位的離子濃度大為下降,從而從而制得淡水的制得淡水的.第24頁/共45頁2、海水化學(xué)資源的開發(fā)利用、海水化學(xué)資源的開發(fā)利用 海水綜合利用的重要方向是：海水綜合利用的重要方向是：海水淡化同化工生海水淡化同化工生產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合。如從海水中制得的。如從海水中制得的氯化鈉氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金除食用外，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。從海水中制取水中制取鎂、鉀、溴鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)制鹽工及其化工

16、產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的發(fā)展。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。從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。 例如，例如，鈾和重水鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料，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一個國家來說具有戰(zhàn)略意義從海水中提取鈾和重水對一個國家來說具有戰(zhàn)略意義?；瘜W(xué)在開發(fā)。化學(xué)在開發(fā)海洋藥物海洋藥物方面也將發(fā)揮越來越大的作用方面也將發(fā)揮越來越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越來越受到重視和開發(fā)的新等也是越來越受到重視和開發(fā)的新型能源。型能源。第25頁/共45頁海水化學(xué)資源的開發(fā)利用從海從海水中水中提取提取NaCl從海從海帶中帶中提取提

17、取碘碘從海從海水中水中制金制金屬鎂屬鎂從海從海水中水中提取提取溴溴第26頁/共45頁煮海為鹽從海水中提取從海水中提取NaClNaCl第27頁/共45頁鹽田法鹽田法 制得的粗鹽中含較多的氯化制得的粗鹽中含較多的氯化鎂和氯化鈣及泥沙，請設(shè)計實驗除鎂和氯化鈣及泥沙，請設(shè)計實驗除去去NaClNaCl中混有的泥沙、中混有的泥沙、CaCa2+2+、MgMg2+2+離離子的方法（需要儀器及實驗步驟）子的方法（需要儀器及實驗步驟） 先將樣品溶解，加稍過量的氫氧化先將樣品溶解，加稍過量的氫氧化鈣，再加入稍過量的碳酸鈉溶液，過濾鈣，再加入稍過量的碳酸鈉溶液，過濾；在濾液中加入稍過量的鹽酸，蒸發(fā)結(jié)；在濾液中加入稍過

18、量的鹽酸，蒸發(fā)結(jié)晶即可。晶即可。思考第28頁/共45頁鹽田法：是一種古老的方法鹽田法：是一種古老的方法,沿海居民很早就用這種方沿海居民很早就用這種方法從海水中獲得食鹽法從海水中獲得食鹽,并且一直沿用到今天并且一直沿用到今天.它的原理它的原理很簡單很簡單,海水受熱海水受熱,水分逐漸蒸發(fā)水分逐漸蒸發(fā),鹽濃度逐漸升高鹽濃度逐漸升高,就可就可以得到各種鹽類以得到各種鹽類.當(dāng)海水蒸發(fā)掉約當(dāng)海水蒸發(fā)掉約90的水分的水分,食鹽開食鹽開始析出始析出.返回返回第29頁/共45頁碘是人體的必需微量元素之一，健康成碘是人體的必需微量元素之一，健康成人體內(nèi)的碘的總量為人體內(nèi)的碘的總量為30毫克（毫克（2050毫毫克克

19、），國家規(guī)定在食鹽中添加碘的標(biāo)準(zhǔn)），國家規(guī)定在食鹽中添加碘的標(biāo)準(zhǔn)為為20-30毫克毫克/千克。千克。碘在自然界中以能溶于水的形式存在。碘在自然界中以能溶于水的形式存在。碘在自然界中含量稀少，在地殼的含量碘在自然界中含量稀少，在地殼的含量位居第位居第47位。除在海水中含量較高（位。除在海水中含量較高（每每升海水含升海水含5060微克微克）以外，在大部分）以外，在大部分土壤、巖石、水中的含量都很低。土壤、巖石、水中的含量都很低。自然界中的碘來源主要是以碘酸鈉自然界中的碘來源主要是以碘酸鈉NaIO3的形式存在于智利硝石礦中，在的形式存在于智利硝石礦中，在海水中碘的含量很少，但海洋中的某些海水中碘的含

20、量很少，但海洋中的某些生物（生物（如海藻、海帶等如海藻、海帶等）具有選擇性吸）具有選擇性吸收和富集碘的能力，是碘的一個重要來收和富集碘的能力，是碘的一個重要來源。源。第30頁/共45頁海帶中的碘元素主要以I I- -的形式存在，提取時用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊 I2,2,再萃取出來。 用H H2 2O O2 2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是：2I2I- -+H+H2 2O O2 2+2H+2H+ +=I=I2 2+2H+2H2 2O O 從海帶中提取碘的實驗從海帶中提取碘的實驗反應(yīng)原理反應(yīng)原理 第31頁/共45頁海帶提碘：海帶提碘：海帶海帶海帶灰海帶灰溶解過濾溶解過濾灼燒灼燒殘渣殘渣含含I- -

21、的溶液的溶液稀稀H2SO4 H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有機(jī)溶液的有機(jī)溶液萃取萃取加H2O2溶液變褐色,加淀粉變藍(lán)?，F(xiàn)象:2KI+H2O2+H2SO4 = I2+2H2O+K2SO4第32頁/共45頁（1）稱取3 g干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（不要用水洗，有I-）。 將海帶剪碎，用酒精潤濕（便于灼燒）后，放在坩堝中。 （2）用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完全成灰，停止加熱，冷卻。 （3）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入10 mL蒸餾水，攪拌，煮沸2 min3 min，使可溶物溶解，過濾。 （4）向濾液中滴入幾滴稀硫酸，再加入約1 mL H2O2溶液，觀察現(xiàn)象。（

22、5）取少量上述濾液，加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。 實驗方法實驗方法第33頁/共45頁實驗注意事項實驗注意事項 海帶不要用水洗，以免洗去海帶中的碘；用干海帶從而易于燃燒；灼燒海帶的地方要注意通風(fēng)。 實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：加入加入H H2 2O O2 2后，溶液由無色變?yōu)辄S色，后，溶液由無色變?yōu)辄S色，再加入淀粉溶液后，溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色再加入淀粉溶液后，溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色化學(xué)方程式：2KI+ H2O2+H2SO4=I2 +K2SO4+2H2O返回返回第34頁/共45頁 鎂被譽(yù)為鎂被譽(yù)為“國防金屬國防金屬”，60%的鎂從海水提取的鎂從海水提取海水海水鎂鎂飛機(jī)飛機(jī)第35頁/共45頁從海水中制金屬鎂海水蒸發(fā)粗鹽

23、粗鹽 水、重結(jié)晶水、重結(jié)晶 精鹽精鹽Mg(OH)2鹽酸、濃縮鹽酸、濃縮 MgCl2 H2O 脫水脫水 MgCl2 電解電解 MgMgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O石灰乳石灰乳 水水 CaO 煅燒煅燒 貝殼貝殼 MgCl2 通電通電 Mg + Cl2 第36頁/共45頁貝殼貝殼（CaCO3)過濾網(wǎng)過濾網(wǎng) 工業(yè)制鎂流程工業(yè)制鎂流程沉降池沉降池過濾槽過濾槽 Mg(OH)2鹽酸鹽酸蒸發(fā)蒸發(fā)干燥干燥鍛燒產(chǎn)物鍛燒產(chǎn)物電解電解 MgCl2金屬鎂金屬鎂MgCl2溶液溶液鍛燒鍛燒與水反應(yīng)與水反應(yīng)返回返回第37頁/共45頁地球上地球上99%以上的溴蘊藏以上的溴蘊藏在大海中在大海中, 以以Br-形式存在，形式存在，因此溴又被稱為因此溴又被稱為“海洋元海洋元素素”。海水中溴的提取是海水中溴的提取是將將Br-轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锽r2是海水提溴是海水提溴中關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)。中關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)。液溴液溴( (Br2) )第38頁/共45頁從海水中提取溴的主要工藝流程（從海水中提取溴的主要工藝流程（空氣吹出法）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。 用蒸餾法將海水濃