開發(fā)利用金屬礦物和海水資源(經(jīng)典實(shí)用)

第四章化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用

第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源開發(fā)利用金屬礦物和海水資源人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬開發(fā)利用金屬礦物和海水資源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”。銅鏡漢武帝時(shí)銅幣先秦刀幣在公元前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”。資料卡片Cu2(OH)2CO3＝2CuO+H2O+CO2↑孔雀石開發(fā)利用金屬礦物和海水資源青銅：主要含銅和錫、鉛，有良好的強(qiáng)度和塑性、耐磨、耐腐蝕，主要用于制機(jī)器零件如軸承、齒輪等。黃銅：主要含銅和鋅，有良好的強(qiáng)度和塑性、易加工、耐腐蝕，主要用于制機(jī)器零件、儀表和日用品。白銅：主要含銅和鎳，它不容易生銅綠，常用于制造精密儀器和裝飾品。開發(fā)利用金屬礦物和海水資源這是英法聯(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)將其贖回。請(qǐng)同學(xué)們勿忘我們的國(guó)恥：中國(guó)還有上百萬(wàn)件珍貴文物流失海外。開發(fā)利用金屬礦物和海水資源人類最早是在由天而降的隕石中獲得單質(zhì)鐵的，隕石中含鐵量高達(dá)90%以上。古代阿拉伯人曾傳說(shuō)“天上的金雨落進(jìn)沙漠里變成了黑色的鐵”。濟(jì)南隕鐵新疆隕鐵南極洲隕鐵開發(fā)利用金屬礦物和海水資源金、鉑等為游離態(tài)得電子，被還原Mn+M+ne-主要是化合態(tài)將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)的過(guò)程。(1)金屬在自然界中的存在形式？

(2)金屬冶煉指的是什么？

一、金屬礦物的開發(fā)利用

1、金屬的冶煉冶煉金屬的步驟：礦石富集→金屬冶煉→精煉開發(fā)利用金屬礦物和海水資源法國(guó)皇帝拿破侖是一個(gè)喜歡炫耀自己的人。他常常大擺宴席，宴請(qǐng)?zhí)煜沦e客。每次宴會(huì)，他總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(gè)碗?yún)s是鋁制品。思考與交流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。為什么貴為法國(guó)皇帝，在當(dāng)時(shí)卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？開發(fā)利用金屬礦物和海水資源自從美國(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）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(wàn)戶。開發(fā)利用金屬礦物和海水資源電解槽2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石反應(yīng)原理:開發(fā)利用金屬礦物和海水資源古代中國(guó)勞動(dòng)人民用木炭煉鐵我國(guó)古代煉鐵工業(yè)長(zhǎng)期領(lǐng)先于世界，我國(guó)在西漢初時(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)。開發(fā)利用金屬礦物和海水資源反應(yīng)原理:Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫鐵礦石焦炭空氣石灰石主要原料：開發(fā)利用金屬礦物和海水資源電解法熱還原法熱分解法工業(yè)上如何冶煉鋁和鐵?為什么鐵和鋁的冶煉方法不同？金屬越活潑，越難冶煉2、金屬冶煉方法的確定—由金屬活潑性決定KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）CuHgAg弱強(qiáng)電解法還原法Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

3、金屬冶煉的方法舉例（1）熱分解法2HgO2Hg＋O2↑加熱2Ag2O4Ag＋O2↑加熱適合一些不活潑金屬（一般是H后的金屬）開發(fā)利用金屬礦物和海水資源（2）電解法MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑電解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑電解2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石鋁土礦適合一些非?；顫娊饘伲╖n前金屬）開發(fā)利用金屬礦物和海水資源（常用的還原劑有：焦炭、CO、H2

等）（3）熱還原法（Zn—Cu中等活潑金屬）

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫2CuO+C2Cu+CO2↑高溫高爐煉鐵主要反應(yīng)WO3+3H2W+3H2O高溫其他方法：火法煉銅Cu2S+O2====2Cu+SO2

濕法煉銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu高溫開發(fā)利用金屬礦物和海水資源實(shí)驗(yàn)4－1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，紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入漏斗。鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3高溫3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn高溫Cr2O3+2Al2Cr+Al2O33Co3O4+8Al9Co+4Al2O3高溫高溫其它鋁熱反應(yīng)：鋁熱反應(yīng)：鋁＋某些金屬氧化物Al2O3＋金屬高溫開發(fā)利用金屬礦物和海水資源鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：鋁熱反應(yīng)應(yīng)用冶煉難熔的金屬焊接鋼軌（冶練常用的還原劑有：焦炭、CO、H2

、Al等活潑金屬）開發(fā)利用金屬礦物和海水資源4、合理開發(fā)和利用礦物資源的途徑：（1）廢舊金屬回收和再利用；（2）礦物資源保護(hù)；（3）尋找金屬替代品;(4)提高金屬礦物的利用率金屬鋁的回收與利用開發(fā)利用金屬礦物和海水資源（1）節(jié)約礦物資源；（2）節(jié)約能源；（3）減少環(huán)境污染（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀回收金屬的實(shí)例：回收金屬的意義：開發(fā)利用金屬礦物和海水資源課堂練習(xí):2、下列關(guān)于金屬冶煉的說(shuō)法不正確的是()

A、金屬冶煉是由人類生產(chǎn)生活需要發(fā)展起來(lái)的B、天然礦藏很少只含一種金屬元素往往含有較多雜質(zhì)C、金屬的冶煉主要有礦石的富集、冶煉還原和精煉三個(gè)步驟D、金屬冶煉一定要用到還原劑D1、金屬冶煉的目的是（）A、把金屬化合物還原為金屬單質(zhì)B、除去金屬中的雜質(zhì)C、把金屬單質(zhì)變?yōu)檠趸顳、把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能A開發(fā)利用金屬礦物和海水資源5、冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C或H2、CO作為還原劑還原法；②熱分解法；③電解法；④鋁熱法?，F(xiàn)冶煉下列金屬：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，試標(biāo)明適宜的冶煉方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。③③①②④3、工業(yè)上常采用電解法冶煉的金屬是（）A、FeB、CuC、AlD、Ag4、可用熱分解法就可能制得的金屬有（）A.CuCrB.TiWC.AgHgD.NaAlCC開發(fā)利用金屬礦物和海水資源Fe＋Cu2+＝Cu＋Fe2+6、宋代時(shí)期，人們發(fā)現(xiàn)江西上饒有一口苦泉，蒸發(fā)這種苦泉水會(huì)得到膽礬，熬苦泉水的鐵鍋用久了會(huì)變成銅鍋，這是濕法煉銅的起源，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的離子方程式

。開發(fā)利用金屬礦物和海水資源二、海水資源的開發(fā)和利用開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

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，也是富饒的開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

海水資源主要分為幾大類？

海水中蘊(yùn)含著的豐富資源。21世紀(jì)人類將重點(diǎn)開發(fā)海洋資源。海水資源的多樣性水資源生物資源海洋能化學(xué)資源開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

海水水資源海水中的水1.3X109

億噸占地球總水量97%（3%在陸地、淡水）開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

海水生物資源開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

海水能源具有商業(yè)開發(fā)價(jià)值的：潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電開發(fā)利用金屬礦物和海水資源含80多種元素，含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共11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。被稱為“元素的故鄉(xiāng)”。海水化學(xué)資源大陸架的淺海海底：石油、天然氣、煤、硫、磷等近岸帶的濱海砂礦：砂、貝殼等建筑材料和金屬礦產(chǎn)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源海水因?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）但一噸海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克）

海水資源的分散性開發(fā)利用金屬礦物和海水資源海水水資源的利用：

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）開發(fā)利用金屬礦物和海水資源海水蒸餾原理示意圖1、海水淡化原理：加熱到水的沸點(diǎn)，液態(tài)水變?yōu)樗羝c海水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得到淡水如何用海水制備淡水？海洋中的化學(xué)資源的提取和檢驗(yàn)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

太陽(yáng)能蒸發(fā)海水示意圖：

開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

2、科學(xué)探究：如何將海水中的Br-轉(zhuǎn)變成Br2？1、推測(cè)海水提溴的步驟和實(shí)驗(yàn)裝置；2、寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。濃縮海水溴單質(zhì)氫溴酸單質(zhì)溴通入Cl2①通入空氣，SO2吸收②通入Cl2③開發(fā)利用金屬礦物和海水資源2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2==H2SO4+2HBr2HBr+Cl2==Br2+2HCl海水提溴的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置開發(fā)利用金屬礦物和海水資源溴的用途溴化銀是一種重要的感光材料，被用于制作膠卷和相紙等。當(dāng)按下快門的時(shí)候，相片上的部分溴化銀就分解出銀，從而得到我們所說(shuō)的底片。溴化鋰制冷技術(shù)則是最近廣為使用的一項(xiàng)環(huán)保的空調(diào)制冷技術(shù)，其特點(diǎn)是不會(huì)有氟利昂帶來(lái)的污染，所以很有發(fā)展前景。

滅火器中也有溴，我們平時(shí)看到的諸如“1211”滅火器，就是分子里面有一個(gè)溴原子的多鹵代烷烴，不僅能撲滅普通火險(xiǎn)，在泡沫滅火器無(wú)法發(fā)揮作用的時(shí)候，例如油火?，F(xiàn)在醫(yī)院里普遍使用的鎮(zhèn)靜劑，有一類就是用溴的化合物制成的，如溴化鉀、溴化鈉、溴化銨等，通常用以配成“三溴片”，可治療神精衰弱。大家熟悉的紅藥水，也是溴與汞的化合物。青霉素等抗菌素生產(chǎn)也需要溴，溴還是制造農(nóng)業(yè)殺蟲劑的原料。

溴可以用來(lái)制作防爆劑。把溴的一種化合物與鉛的一種有機(jī)化合物同時(shí)摻入汽油中，可以有效地防止發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸。只不過(guò)這種含鉛汽油燃燒會(huì)造成空氣污染，在我國(guó)許多大城市已不再允許銷售、使用摻加這種防爆劑的汽油。

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3、科學(xué)探究：如何證明海帶中有碘離子？開發(fā)利用金屬礦物和海水資源證明海帶中含有碘，有以下步驟：①灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；②在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海帶，用酒精潤(rùn)濕，放入坩堝中；④海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過(guò)濾。(1)合理的步驟是：(2)證明含碘的步驟是：現(xiàn)象是：反應(yīng)的離子方程式是：③①④②②滴入淀粉溶液，溶液變藍(lán)。2I-+2H++H2O2

I2+2H2O開發(fā)利用金屬礦物和海水資源提取海帶中的碘元素得到單質(zhì)碘思考與歸納燃燒加水加熱溶解過(guò)濾稀硫酸過(guò)氧化氫溶液CCl4蒸餾海帶灰海帶懸濁液濾液碘水碘的CCl4溶液?jiǎn)钨|(zhì)碘操作1操作2操作3操作4操作5試劑1試劑2萃取分液生物富集海水開發(fā)利用金屬礦物和海水資源海水曬鹽（煮海為鹽）4、從海水中提取NaCl方案蒸發(fā)法：得到粗鹽開發(fā)利用金屬礦物和海水資源粗鹽提取NaCl方案①Na2CO3②NaOH③BaCl2②③①或③②①或③①②粗鹽中的雜質(zhì)：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除雜試劑：試劑加入順序：主要操作：溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)④鹽酸濾液沉淀適量鹽酸溶解BaCl2NaOHNa2CO3過(guò)濾蒸發(fā)結(jié)晶海水淡水粗鹽鹽水操作Ⅰ（）過(guò)濾泥沙開發(fā)利用金屬礦物和海水資源5、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：

從海水中提取鎂元素得到單質(zhì)鎂

鹵水Ｍg(OH)2ＭgCl2金屬M(fèi)g

電解

海水富集加堿過(guò)濾鹽酸蒸發(fā)