第四章第一節(jié)《開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源》

1、第四章第一節(jié)開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源第一頁(yè)，共62頁(yè)。第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié) 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源 第二頁(yè)，共62頁(yè)。 一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用黃銅礦赤鐵礦鋁礦錳礦鎢礦鋅礦第三頁(yè)，共62頁(yè)。金銀人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是：銅第四頁(yè)，共62頁(yè)。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(lèi)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(lèi)開(kāi)始邁進(jìn)了象征古代文明開(kāi)端的“銅器時(shí)代”。銅 鏡漢武帝時(shí)銅幣先秦刀幣第五頁(yè)，共62頁(yè)。這是英法聯(lián)軍洗劫焚毀

2、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(mài)。由中國(guó)派員出高價(jià)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第六頁(yè)，共62頁(yè)。 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)人民用木炭煉鐵第七頁(yè)，共62頁(yè)?！敖饘俚囊睙挕钡膶?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(lái)用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過(guò)程在

3、工業(yè)上稱(chēng)為金屬的冶煉。第八頁(yè)，共62頁(yè)。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)性逐漸減弱金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)第九頁(yè)，共62頁(yè)。1、熱分解法（適合一些不活潑金屬）2HgO = 2Hg + O2 加熱2Ag2O = 4Ag + O2 加熱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第十頁(yè)，共62頁(yè)。3、熱還原法（適用于大部分金屬）CuO+H2 = Cu + H2O高溫Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 高溫第十一頁(yè)，共62頁(yè)。鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)41 注意觀察現(xiàn)象第十二頁(yè)，共62頁(yè)。反應(yīng)現(xiàn)象：

4、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。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高溫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(wèn)題第十三頁(yè)，共62頁(yè)。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高溫其它鋁熱反應(yīng) 3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高溫Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高溫3Co3O4+8Al = 9Co + 4

5、Al2O3高溫第十四頁(yè)，共62頁(yè)。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、錳等第十五頁(yè)，共62頁(yè)。 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(hù)。Al第十六頁(yè)，共62頁(yè)。4、電解法（適合一些非?；顫娊饘伲?MgCl2

6、 (熔融) = Mg + Cl2 電解2Al2O3 (熔融) = 4Al + 3O2 電解冰晶石2NaCl (熔融) = 2Na + Cl2 電解第十七頁(yè)，共62頁(yè)。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgPt Au電解法熱還原法熱分解法物理提取法第十八頁(yè)，共62頁(yè)。金屬的化學(xué)性質(zhì)和冶煉方法第十九頁(yè)，共62頁(yè)。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) Cu Hg

7、Ag Pt Au 電解法 熱還原法 熱分解法 物理提取法第二十頁(yè)，共62頁(yè)。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(guò)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。第二十一頁(yè)，共62頁(yè)。1、不同的金屬，冶煉方法不同+nM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

8、順序金屬的冶煉金屬活動(dòng)順序金屬失電子能力 金屬離子的得電子主要冶煉方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、Ag、Pt、Au強(qiáng)弱弱強(qiáng)電解法熱還原法熱分解法第二十二頁(yè)，共62頁(yè)。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二十三頁(yè)，共62頁(yè)。二、海水資源的開(kāi)發(fā)和利用第二十四頁(yè)，共62頁(yè)。 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

9、洋之中是“歷史留給人類(lèi)的資源儲(chǔ)備”海洋是美麗的， 也是富饒的 第二十五頁(yè)，共62頁(yè)。海洋生物資源第二十六頁(yè)，共62頁(yè)。含80多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。被稱(chēng)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(lèi)用上千萬(wàn)年海水中的化學(xué)資源第二十七頁(yè)，共62頁(yè)。海洋中的礦產(chǎn)資源第二十八頁(yè)，共62頁(yè)。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）第二十九頁(yè)，共62頁(yè)。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:

10、（魚(yú)類(lèi)、海獅、海馬、貝類(lèi)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(lèi)第三十頁(yè)，共62頁(yè)。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）第三十一頁(yè)，共62頁(yè)。海水資源的多樣性：海水中溶解和懸浮大量的無(wú)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。第三十二頁(yè)，共62頁(yè)。海水資源的分散性：海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡管總

11、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）第三十三頁(yè)，共62頁(yè)。海水綜合利用的重要方向 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(kāi)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(lái)說(shuō)具有戰(zhàn)略意義?；瘜W(xué)在開(kāi)

12、發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越來(lái)越受到重視和開(kāi)發(fā)的新型能源。第三十四頁(yè)，共62頁(yè)。海水資源的利用： 主要有：1.海水中水資源的利用 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）第三十五頁(yè)，共62頁(yè)。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(shù)脂）第三十六頁(yè)，共62頁(yè)。蒸餾法所用的裝置及原理原理：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

13、蒸餾原理示意圖進(jìn)冷卻水 出第三十七頁(yè)，共62頁(yè)。圖4-4太陽(yáng)能蒸發(fā)原理示意圖第三十八頁(yè)，共62頁(yè)。煮海為鹽第三十九頁(yè)，共62頁(yè)。海水濃縮過(guò)濾HCl溶液，適量蒸發(fā)結(jié)晶NaOH溶液、 BaCl2溶液、 Na2CO3溶液過(guò)量食鹽的提取第四十頁(yè)，共62頁(yè)。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 2NaCl + 2H2O 電解 H2 + Cl2 + 2NaOH 2NaCl（熔融）電解 2Na + Cl22 NaOH + CO2= Na2CO3 + H2O 第四十一頁(yè)，共62頁(yè)。從海水中制金屬鎂海水蒸發(fā)粗鹽 水、重結(jié)晶 精鹽母液

14、Mg(OH)2鹽酸、濃縮 MgCl2 H2O 脫水 MgCl2 電解 Mg MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O石灰乳 水 CaO 煅燒 貝殼 MgCl2 通電 Mg + Cl2 第四十二頁(yè)，共62頁(yè)。從海水中提取溴 (寫(xiě)出有關(guān)的化學(xué)方程式) 課本P91從海水中提取溴 2 NaBr + Cl2 =2 NaCl + Br2 Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4 2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2第四十三頁(yè)，共62頁(yè)。海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：（1）用蒸餾法將海水濃縮。用

15、硫酸將濃縮的海水酸化。（2）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。（3）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)。（4）向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣。（5）用CCl4萃取吸收塔中溶液里的溴單質(zhì)。第四十四頁(yè)，共62頁(yè)。2.如何證明海帶中存在碘元素實(shí)驗(yàn)4-2 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成灰，停止加熱，使海帶冷卻至室溫。3、將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入約10mg蒸餾水，攪拌，煮沸2-3min，過(guò)濾4、在

16、濾液中滴入幾滴3mol/ L的稀硫酸再加入約1ml3%的H2O2 ，觀察現(xiàn)象5、再向溶液中加入幾滴淀粉溶液，再觀察現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加入H2O2后，溶液由無(wú)色變?yōu)樯铧S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第四十五頁(yè)，共62頁(yè)。圖4-5 海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例第四十六頁(yè)，共62頁(yè)。練習(xí)1.鎂粉是焰火、閃光粉中不可缺少的原料，工業(yè)制造鎂粉是將鎂蒸氣在氣體中冷卻，下列可作為冷卻氣的是（ ）（1）空氣 （2）CO2 (3) Ar (4) H2 (5) N2 A.(1)(2) B.(2)(3)C.(3)(4) D.(4)(5)由于

17、鎂很活潑，是還原性很強(qiáng)的金屬，所以加熱時(shí)能與許多氣體物質(zhì)反應(yīng)。如空氣、二氧化碳、氮?dú)獾龋慌c氫氣和稀有氣體反應(yīng)。鎂與氮?dú)獾姆磻?yīng)化學(xué)方程式為：3Mg + N2 Mg3N2C第四十七頁(yè)，共62頁(yè)。2.稀硫酸中加入銅片，無(wú)現(xiàn)象，再加入下列某物質(zhì)后，見(jiàn)銅片逐漸溶解，溶液呈藍(lán)色。該物質(zhì)為（ ）ANaCl BKNO3 CCa(OH)2 DFe 3.下列敘述中所描述的物質(zhì)一定是金屬元素的是（ ）A易失去電子的物質(zhì)B原子最外層只有一個(gè)電子的元素C單質(zhì)具有金屬光澤的元素D第三周期中，原子的最外層上只有2個(gè)電子的元素BD第四十八頁(yè)，共62頁(yè)。4.鋁加入下列物質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生氣體的是（）A熔融NaOH BKOH溶液CN

18、a2O2固體DNa2O2和水5.鋁熱劑中鋁的作用是（ ）A催化劑 B氧化劑 C還原劑 D填充劑B DC第四十九頁(yè)，共62頁(yè)。6.下列金屬氧化物，不能用碳還原制得金屬單質(zhì)的是（ ）A氧化鐵 B氧化鋁 C氧化鎂 D氧化銅7.列說(shuō)法中不正確的是（ ）A金屬的冶煉原理，就是利用氧化還原反應(yīng)原理，用還原劑在一定條件下將金屬?gòu)牡V石中還原出來(lái)B冶煉金屬時(shí)，必須加入一種物質(zhì)作為還原劑C金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，都是被還原D金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得越早，其活動(dòng)性一般較弱B CB C第五十頁(yè)，共62頁(yè)。8.下列冶煉金屬的反應(yīng)，一定是置換反應(yīng)的是（ ）A熱分解法 B電解法 C鋁熱法煉鐵 D高爐煉鐵9.下列冶煉金屬的反應(yīng)

19、，一定是分解反應(yīng)的是（ ）A熱分解法 B電解法 C鋁熱法煉鐵 D高爐煉鐵 C A B第五十一頁(yè)，共62頁(yè)。10.冶煉下列金屬時(shí)，常用還原劑把它從化合物中還原出來(lái)的是（ ） A鈉 B鎂 C鋁 D鐵11.列金屬冶煉方法與其他三種不同的是（ ） AFe BK CMg DAl D A第五十二頁(yè)，共62頁(yè)。12.電解法煉鋁時(shí)，冰晶石的作用是 （ ）A 熔劑 B 溶劑 C 還原劑 D氧化劑13.下列海洋資源中屬于可再生資源的是（ ）A 海底石油、天然氣 B 潮汐能C 濱海砂礦 D錳結(jié)核 A B第五十三頁(yè)，共62頁(yè)。14.下列哪種方法不能實(shí)現(xiàn)海水的淡化（ ）A蒸餾法 B電滲析法C離子交換法 D電解法15.用

20、鋁熱劑冶煉金屬，是利用了鋁的（ ）（1）具有還原性 （2）即能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng) （3）具有導(dǎo)電性 （4）被氧化過(guò)程放出大量熱 A（1） B（1）（3）（4） C（1）（4） D（1）（2）（3）（4） D C第五十四頁(yè)，共62頁(yè)。16.下列說(shuō)法正確的是（ ）A有些活潑金屬如鋁可作還原法的還原劑B用電解氯化鈉溶液的方法可冶煉金屬鈉C可用焦炭或一氧化碳還原氧化鋁的方法來(lái)冶煉鋁D回收廢舊金屬，可以重新制成金屬或它們的化合物17.下列金屬中，即可用熱分解法又可用電解法制備的是（ ）AFe BCu CAl DAg A D D第五十五頁(yè)，共62頁(yè)。18.通入氯氣，把海水中的溴化物氧化成單質(zhì)溴，該反應(yīng)的

21、離子方程式為：19.把生成的溴從溶液中吹出，用純堿（Na2CO3）溶液吸收（生成NaBr、NaBrO3、CO2），這一過(guò)程的化學(xué)方程式為 Cl22Br2ClBr2 3Br23Na2CO35NaBrNaBrO33CO2 第五十六頁(yè)，共62頁(yè)。20.下列屬于海水化學(xué)資源利用的是（ ）A海水淡化 B海水提鹽 C海水提溴 D海水發(fā)電21.冶煉金屬一般有下列四種方法（1）焦炭法；（2）水煤氣（或氫氣、一氧化碳）法；（3）活潑金屬置換法；（4）電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有（I）火燒孔雀石煉銅；（II）濕法煉銅；（III）鋁熱法煉鉻；（IV）從光鹵石中煉鎂，對(duì)他們的冶煉方法分析不正確的是（ ）AI用（1） BII用（2） CIII用（3） DIV用（4） B C 選擇金屬的冶煉方法與金屬在自然界中存在的狀態(tài)、金屬活潑性有關(guān)，光鹵石中煉鎂是指：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2。 B 第五十七頁(yè)，共62頁(yè)。22.將吸收溴單質(zhì)的溶液加入過(guò)量的硫酸酸化，即可得溴單質(zhì)，該反應(yīng)的離子方程式為23.根據(jù)金屬在金屬活動(dòng)性