開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

第四章化學與自然資源的開發(fā)利用

第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源目前一頁\總數(shù)五十一頁\編于四點人類最早發(fā)現(xiàn)和應用的金屬分別是：金、銀、銅目前二頁\總數(shù)五十一頁\編于四點C+2CuO==CO2↑+2Cu高溫

銅是人類第一種大量使用的金屬，結束了漫長的“石器時代”。銅鏡漢武帝時銅幣先秦刀幣

在公元前6000年到7000年左右，人類開始邁進了象征古代文明開端的“銅器時代”。資料卡片Cu2(OH)2CO3

＝2CuO+H2O+CO2↑孔雀石目前三頁\總數(shù)五十一頁\編于四點青銅：主要含銅和錫、鉛，有良好的強度和塑性、耐磨、耐腐蝕，主要用于制機器零件如軸承、齒輪等。黃銅：主要含銅和鋅，有良好的強度和塑性、易加工、耐腐蝕，主要用于制機器零件、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。目前四頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

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，被劫掠到國外的珍貴文物——銅虎頭，2000年在香港被拍賣。由中國派員出高價將其贖回。請同學們勿忘我們的國恥：中國還有上百萬件珍貴文物流失海外。目前五頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

人類最早是在由天而降的隕石中獲得單質鐵的，隕石中含鐵量高達90%以上。

古代阿拉伯人曾傳說“天上的金雨落進沙漠里變成了黑色的鐵”。濟南隕鐵新疆隕鐵南極洲隕鐵目前六頁\總數(shù)五十一頁\編于四點常見的金屬礦物資源

白云石CaMg[CO3]2

辰砂HgS黃銅礦CuFeS2菱鎂礦MgCO3

大多數(shù)金屬以化合態(tài)存在如果需要金屬單質，那怎么辦？？——冶煉金屬目前七頁\總數(shù)五十一頁\編于四點黃銅礦赤鐵礦鋁礦錳礦鎢礦鋅礦目前八頁\總數(shù)五十一頁\編于四點因為我們的生活生產(chǎn)需要金屬，所以必須要開發(fā)利用金屬資源但金屬資源是不可再生資源，不是取之不盡的利用化學知識，在科學開發(fā)利用金屬礦物的基礎上，使金屬礦物資源得到可持續(xù)發(fā)展那如何解決？目前九頁\總數(shù)五十一頁\編于四點金、鉑等為游離態(tài)得電子，被還原Mn+

M+ne-主要是化合態(tài)

將金屬從其化合物中還原出來，使之轉變?yōu)閱钨|的過程。(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→精煉目前十頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

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是鋁制品。思考與交流

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19世紀上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。

為什么貴為法國皇帝，在當時卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？目前十一頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

自從美國青年化學家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進，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，使得制鋁成本大大下降，使鋁走入千家萬戶。目前十二頁\總數(shù)五十一頁\編于四點電解槽2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石反應原理:目前十三頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

古代中國勞動人民用木炭煉鐵

我國古代煉鐵工業(yè)長期領先于世界，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，而歐洲最早的英國直到500年后（相當于清朝乾隆末年），才掌握這一技術。目前十四頁\總數(shù)五十一頁\編于四點反應原理:Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫鐵礦石焦炭空氣石灰石主要原料：目前十五頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

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—由金屬活潑性決定電解法還原法Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

高溫2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑

電解

冰晶石電解法熱還原法熱分解法KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAgPtAu弱強物理提煉法目前十六頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

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）目前十七頁\總數(shù)五十一頁\編于四點（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）冰晶石：六氟合鋁酸鈉NaAlF6作助熔劑降低氧化鋁的熔點目前十八頁\總數(shù)五十一頁\編于四點思考？為什么制備鎂用電解氯化鎂的的方法而冶煉鋁用電解氧化鋁的方法？MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔點（℃）28522072712190沸點（℃）360029801418180解釋：氧化鎂的熔點很高，而氯化鎂熔點較低，所以電解熔融物進行冶煉時，選用氯化鎂而不選用氧化鎂，以節(jié)約熔化所需能量。相反的，氧化鋁的熔點很高，氯化鋁的熔點很低，卻采用電解熔融氧化鋁的方法冶煉金屬鋁的原因是：氧化鋁和氧化鎂一樣很容易從天然礦物獲得，甚至其本身就有天然礦物(鋁土礦、光鹵石等)，而氯化鋁不存在天然礦物其無水鹽很難制得，而且還需要耗費大量的能量，制備并且電解氯化鋁舍近求遠，得不償失。另外氯化鋁是共價化合物，需要將氯化鋁溶解在某溶劑中或者向其熔融物中加入某種溶質，增強其導電性。目前十九頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

（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WO3+3H2W+3H2O

高溫（4）其他冶煉方法Cu2S+O22Cu+SO2

高溫火法煉銅Fe+CuSO4Cu+FeSO4濕法煉銅目前二十頁\總數(shù)五十一頁\編于四點實驗4-1反應現(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。鋁熱反應的應用：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：

鋁熱反應：鋁在一定條件下跟某些金屬氧化物發(fā)生氧化還原反應，同時放出大量的熱，生成氧化鋁和液態(tài)金屬鋁＋某些金屬氧化物Al2O3＋金屬高溫

常用的還原劑還有哪些?鋁熱劑：鋁粉和某些金屬氧化物組成的混合物引燃劑：鎂條助燃劑：氯酸鉀目前二十一頁\總數(shù)五十一頁\編于四點鋁熱反應的應用：鋁熱反應應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）目前二十二頁\總數(shù)五十一頁\編于四點4、合理開發(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；（3）尋找金屬替代品。金屬鋁的回收與利用目前二十三頁\總數(shù)五十一頁\編于四點（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例：回收金屬的意義：目前二十四頁\總數(shù)五十一頁\編于四點課堂練習:2、下列關于金屬冶煉的說法不正確的是()

A、金屬冶煉是由人類生產(chǎn)生活需要發(fā)展起來的

B、天然礦藏很少只含一種金屬元素往往含有較多雜質

C、金屬的冶煉主要有礦石的富集、冶煉還原和精煉三個步驟

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

B、除去金屬中的雜質

C、把金屬單質變?yōu)檠趸?/p>

D、把電能轉變?yōu)榛瘜W能A目前二十五頁\總數(shù)五十一頁\編于四點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，試標明適宜的冶煉方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。③③①①④3、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目前二十六頁\總數(shù)五十一頁\編于四點Fe＋Cu2+＝Cu＋Fe2+6、宋代時期，人們發(fā)現(xiàn)江西上饒有一口苦泉，蒸發(fā)這種苦泉水會得到膽礬，熬苦泉水的鐵鍋用久了會變成銅鍋，這是濕法煉銅的起源，請寫出該反應的離子方程式

。目前二十七頁\總數(shù)五十一頁\編于四點二、海水資源的開發(fā)和利用目前二十八頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍色的海洋之中是“歷史留給人類的資源儲備”海洋是美麗的，也是富饒的目前二十九頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

海水資源主要分為幾大類？

海水中蘊含著的豐富資源。21世紀人類將重點開發(fā)海洋資源。海水資源的多樣性水資源生物資源能源化學資源目前三十頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

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）目前三十一頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

海水生物資源目前三十二頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

海水能源具有商業(yè)開發(fā)價值的：潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電目前三十三頁\總數(shù)五十一頁\編于四點含80多種元素，含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13種元素的質量占總水量的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)目前三十四頁\總數(shù)五十一頁\編于四點海水因為量太大、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（5千萬噸）但一頓海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克）

海水資源的分散性目前三十五頁\總數(shù)五十一頁\編于四點海水水資源的利用：

主要有：1.海水中水資源的利用海水的淡化（咸水淡水）2.直接利用海水進行循環(huán)冷卻（作冷卻用水）目前三十六頁\總數(shù)五十一頁\編于四點海水蒸餾原理示意圖1、海水淡化

原理：加熱到水的沸點，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？海洋中的化學資源的提取和檢驗目前三十七頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

太陽能蒸發(fā)海水示意圖：

海水淡化的方法主要有：蒸餾法、電滲析法、離子交換法目前三十八頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

2、科學探究：如何將海水中的Br-轉變成Br2？1、推測海水提溴的步驟和實驗裝置；2、寫出相關的化學方程式。濃縮海水溴單質氫溴酸單質溴通入Cl2①通入空氣，SO2吸收②通入Cl2③目前三十九頁\總數(shù)五十一頁\編于四點2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2==H2SO4+2HBr2HBr+Cl2==Br2+2HCl海水提溴的實驗室模擬裝置溴的富集目前四十頁\總數(shù)五十一頁\編于四點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。當按下快門的時候，相片上的部分溴化銀就分解出銀，從而得到我們所說的底片。溴化鋰制冷技術則是最近廣為使用的一項環(huán)保的空調(diào)制冷技術，其特點是不會有氟利昂帶來的污染，所以很有發(fā)展前景。

滅火器中也有溴，我們平時看到的諸如“1211”滅火器，就是分子里面有一個溴原子的多鹵代烷烴，不僅能撲滅普通火險，在泡沫滅火器無法發(fā)揮作用的時候，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。

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

目前四十一頁\總數(shù)五十一頁\編于四點

3、科學探究：如何證明海帶中有碘離子？目前四十二頁\總數(shù)五十一頁\編于四點證明海帶中含有碘，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，用酒精潤濕，放入坩堝中；④海帶灰轉移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾。(1)合理的步驟是：（2)證明含碘的步驟是：現(xiàn)象是：反應的離子方程式是：③①④②②滴入淀粉溶液，溶液變藍。2I-+2H++H2O2

I2+2H2O目前四十三頁\總數(shù)五十一頁\編于四點提取海帶中的碘元素得到單質碘思考與歸納燃燒加水加熱溶解過濾稀硫酸過氧化氫溶液CCl4蒸餾海帶灰海帶懸濁液濾液碘水碘的CCl4溶液單質碘操作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目前四十四頁\總數(shù)五十一頁\編于四點海水曬鹽（煮海為鹽）4、從海水中提取NaCl方案蒸發(fā)法：得到粗鹽目前四十五頁\總數(shù)五十一頁\編于四點粗鹽提取NaCl方案①Na2CO3②NaOH③BaCl2②③①或③②①或③①②

粗鹽中的雜質：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除雜試劑：試劑加入順序：主要操作：溶解、過濾、蒸發(fā)④鹽酸濾液沉淀適量鹽酸溶解BaCl2NaOHNa2CO3過濾蒸發(fā)結晶海水淡水粗鹽鹽水操作Ⅰ