V1金屬礦物的開(kāi)發(fā)和利用

第一節(jié)開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源

第四章化學(xué)與自然資源

的開(kāi)發(fā)利用三星堆的帶金面具（距今4800～2800年）司母戊大方鼎（商代青銅器）（春秋鐵器）金鐔金首鐵劍（19世紀(jì)初）鋁的使用從這些歷史事實(shí)你能得出怎樣的結(jié)論？

－－金屬使用的先后與

金屬冶煉的難易有關(guān)。

思考：

將金屬?gòu)钠浠衔铮ń饘俚V物）中還原出來(lái)用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過(guò)程在工業(yè)上稱(chēng)為金屬的冶煉一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1、金屬的冶煉？2、金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是什么?回憶：初中學(xué)過(guò)冶煉鐵的方法？Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2

高溫得電子

能由此找出金屬冶煉的實(shí)質(zhì)嗎？

M得電子M（被還原）n+還原出金屬的難易由什么決定？+30→被還原2、金屬冶煉的實(shí)質(zhì)

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。—主要適用于以游離態(tài)存在的極不活潑的金屬,例如:鉑(Pt)

、金(Au)等3、冶煉金屬的一般方法（1）、物理提取法（2）、濕法冶金—用活潑金屬把不活潑的金屬?gòu)乃柠}溶液中置換出來(lái)Fe+CuSO4===Cu+FeSO4Cu+2AgNO3===2Ag+Cu(NO3)2討論：金屬越活潑，越

失電子，該金屬離子就越

得電子，還原出該金屬就越

。易難難結(jié)論：在金屬活動(dòng)順序表中，位置越靠后，越易被還原

由于不同的金屬離子的得電子能力不同，所以要采用不同強(qiáng)度的冶煉方法

所以要根據(jù)金屬的活動(dòng)性順序不同，采取不同的冶煉方法KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法金屬越活潑，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）Cu

HgAg弱強(qiáng)

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）Cu2S+O22Cu+SO2

高溫火法煉銅（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）

（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WO3+3H2W+3H2O

高溫

常用的還原劑還有哪些?高爐煉鐵主要反應(yīng)實(shí)驗(yàn)4-1鋁熱反應(yīng)現(xiàn)象原理鎂條劇烈燃燒，發(fā)出白光，導(dǎo)致混合物劇烈反應(yīng)，發(fā)出強(qiáng)光，有紅熱的熔融物生成。2Al+Fe2O3===2Fe+Al2O3高溫鎂條為引燃劑氯酸鉀為助燃劑鋁熱劑：鋁與氧化鐵的混合物反應(yīng)中放出大量的熱，溫度可達(dá)到2600℃鋁熱反應(yīng)：鋁粉與某些金屬氧化物（如Fe2O3、MnO2、Cr2O３、V2O5等）的混合物在高溫下進(jìn)行的反應(yīng)。鋁粉+金屬氧化物的混合物稱(chēng)為鋁熱劑。3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫其他的鋁熱反應(yīng)：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）KCaNaMgAlZnFe…CuHgAgPtAu電解法高溫還原法熱分解法金屬活動(dòng)順序與金屬冶煉方法的關(guān)系：小結(jié)：物理提取可見(jiàn)，越活潑的金屬越難冶煉結(jié)論：①金屬位置越靠后，越易被還原，用一般的還原方法即可；

②金屬位置越靠前，越難被還原，

要用較強(qiáng)的還原手段來(lái)還原4、合理開(kāi)發(fā)和利用礦物資源的途徑：（1）廢舊金屬回收；（2）礦物資源保護(hù)；（3）尋找金屬替代品。金屬鋁的回收與利用（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：海洋生物資源海底礦產(chǎn)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)

多數(shù)海盆中：深海錳結(jié)核海洋油、氣開(kāi)發(fā)海水提Mg海水淡化海水提取NaClBr2的提取海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例任務(wù)1：海水的淡化：蒸餾法加入沸石或碎瓷片溫度計(jì)水銀球處于支管口處水，下進(jìn)上出液體體積不超過(guò)燒瓶體積1/3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海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。任務(wù)二：知識(shí)回顧海水中提取NaCl設(shè)計(jì)海水提取NaCl的可行性方案

粗鹽（含Ca2+、Mg2+

、SO42-

、泥沙等雜質(zhì)）泥沙（）（）加（）除（）……精鹽任務(wù)二：知識(shí)回顧海水中提取NaCl粗鹽中的雜質(zhì)：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除雜試劑：①Na2CO3②NaOH③BaCl2試劑加入順序：②③①③②①③①②基本原則：先加BaCl2,后加Na2CO3粗鹽的提純物質(zhì)提純的方案設(shè)計(jì)一般思路：分析混合物的組成根據(jù)雜質(zhì)的特點(diǎn)選擇除雜試劑和分離方法所加試劑的順序、用量及過(guò)量后如何處理

思考與交流：如何將海水中的溴離子轉(zhuǎn)變成溴單質(zhì)？1、設(shè)計(jì)海水提溴的實(shí)驗(yàn)流程圖；2、寫(xiě)出相關(guān)的化學(xué)方程式。濃縮海水Br2HBr溶液Br2通入Cl2①通入空氣，SO2吸收②通入Cl2③任務(wù)三：知識(shí)應(yīng)用海水中提取Br2①2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl②

2H2O+Br2+SO2==H2SO4+2HBr③2HBr+Cl2==Br2+2HCl海水提Br2的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置--是空氣吹出法

思考：1、用什么方法提取反應(yīng)③后溶液中的溴單質(zhì)？實(shí)驗(yàn)室提取溴單質(zhì)所用主要儀器是什么？思考2：萃取Br2、I2常用的萃取劑是什么？它們?cè)谳腿┲幸话愠尸F(xiàn)什么顏色？碘的有機(jī)溶液紫紅溴的有機(jī)溶液⑶．從海水中提取溴的主要工藝流程⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。①用蒸餾法將海水濃縮，用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)：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl③向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4④向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣：

2HBr+Cl2=2HCl+Br2海水鎂飛機(jī)鎂被譽(yù)為“國(guó)防金屬”，60%的鎂從海水提取任務(wù)四：知識(shí)拓展從海水中提取鎂工業(yè)從鹵水中提取鎂的工藝流程圖：鹵水池含Mg2+、Br-沉淀池②生成石灰乳池①過(guò)濾中和池③鹽酸濃縮結(jié)晶脫水MgCl2固體電解池④加熱熔融Mg任務(wù)四：知識(shí)拓展從海水中提取Mg思考：1、上述流程中，各個(gè)池子中發(fā)生了那些化學(xué)反應(yīng)？2、上述過(guò)程中富集的Mg2+方法,寫(xiě)出離子方程式？Mg2+轉(zhuǎn)化成Mg在哪個(gè)池子中發(fā)生的，寫(xiě)出化學(xué)方程式？從海水中提取鎂的主要工藝流程（1）為了使MgCl2轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2，試劑①可以選用

，要使MgCl2完全轉(zhuǎn)化為沉淀，加入試劑①的量應(yīng)

，驗(yàn)證MgCl2已完全轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2的方法

。

NaOH

過(guò)量取上層清液，滴入NaOH溶液，不產(chǎn)生沉淀（2）加入試劑①，能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法是

。（3）試劑②可以選用

。（4）無(wú)水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會(huì)產(chǎn)生Mg和Cl2，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

。過(guò)濾

HCl

MgCl2Mg+Cl2↑海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下圖所示：用電解法制取金屬鎂時(shí)，需要無(wú)水氯化鎂。在干燥的HCl氣流中加熱MgCl2·6H2O時(shí)，能得到無(wú)水MgCl2，其原因是：在干燥的HCl氣流中，抑制了MgCl2水解，且?guī)ё進(jìn)gCl2·6H2O受熱產(chǎn)生的水氣，故能得到無(wú)水MgCl2

（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應(yīng)怎樣除去？寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟。加入MgCl2溶液，充分?jǐn)嚢?，過(guò)濾，沉淀用水洗滌。（3）實(shí)驗(yàn)室里將粗鹽制成精鹽的過(guò)程中，在溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)三個(gè)步驟的操作中都要用到玻璃棒，分別說(shuō)明在這三種情況下使用玻璃棒的目的：①溶解②過(guò)濾③蒸發(fā)①攪拌，加速溶解

②使待濾液體沿玻璃棒流入漏斗，防止外灑

③攪拌，防止因局部過(guò)熱液滴或晶體飛濺(4)獲得HCl的反應(yīng)為2CH4+O2+4Cl2==2CO+8HCl(不考慮其他反應(yīng))。事實(shí)上，生產(chǎn)中HCl一直在循環(huán)使用。試從理論上分析是否需要補(bǔ)充HCl，簡(jiǎn)要說(shuō)明理由不需要補(bǔ)充HCl,因?yàn)镃l2～2HCl～Mg(OH)2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理論上不要補(bǔ)充HCl。海帶中真的含有碘元素嗎？海帶灼燒濾液I-I2海帶灰H2O2（H+）紫紅色藍(lán)色淀粉CCl4①②過(guò)濾溶解③④⑤實(shí)驗(yàn)步驟寫(xiě)出離子反應(yīng)方程式I2CCl4蒸餾海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來(lái)。用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是：⑷．從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)②提取流程①反應(yīng)原理

含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液含碘單質(zhì)的溶液試劑殘?jiān)庠氐娜芤汉芙膺^(guò)濾海帶灰灼燒2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O（1）稱(chēng)取3g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(rùn)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10ml蒸餾水，攪拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，過(guò)濾。

（4）向?yàn)V液中滴入幾滴稀硫酸，再加入約1mlH2O2溶液，觀察現(xiàn)象。（5）取少量上述濾液，加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。

④實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)③實(shí)驗(yàn)方法海帶不要用水洗，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)。地球上99%以上的溴蘊(yùn)藏在大海中,以Br-形式存在，因此溴又被稱(chēng)為“海洋元素”。液溴(Br2)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：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C電解法高溫還原法熱分解法物理提取法4、100多年前，為了表彰門(mén)捷列夫?qū)瘜W(xué)的杰出貢獻(xiàn)，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)不惜重金制作了一個(gè)比黃金還要貴重的獎(jiǎng)杯——鋁杯，贈(zèng)送給門(mén)捷列夫。思考：為什么人類(lèi)使用鐵器比使用銅器晚？使用鋁

制品又比使用鐵制品晚？答：金屬越活潑，冶煉難度越大，發(fā)現(xiàn)得通常越晚。3、鋁能用來(lái)冶煉難熔金屬（如Fe、V、Mn等），這是因?yàn)殇X有()A．兩性B．良好導(dǎo)電性C．熔點(diǎn)低D．還原性，在反應(yīng)中放出大量熱D達(dá)標(biāo)練習(xí)1．在冶金工業(yè)上，均不能用通?；瘜W(xué)還原劑制得的金屬組是（）