《開發(fā)利用金屬礦物和海水資源》教案8(人教版必修2)

第四章化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用開發(fā)利用金屬礦物和海水資源〔第1課時(shí)〕【導(dǎo)入】人們通常將化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分類，在原子、分子乃至超分子等不同的結(jié)構(gòu)層次上研究物質(zhì)及其發(fā)生化學(xué)變化的規(guī)律，認(rèn)識(shí)物質(zhì)在變化過程中表現(xiàn)出的性質(zhì)。所有這些都是人類利用自然資源、豐富物質(zhì)世界的重要科學(xué)依據(jù)。本節(jié)課我們主要以金屬礦物和海水資源的充分利用為例，認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用。※超分子：通常是指由兩種或兩種以上的分子依靠分子間作用力結(jié)合在一起的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的聚集體。1.自然資源：指在一定時(shí)間、地點(diǎn)的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，以提高人類當(dāng)前和將來(lái)福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱。2.可持續(xù)開展：包括經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)開展，社會(huì)的可持續(xù)開展、資源可持續(xù)開展、環(huán)境可持續(xù)開展和全球可持續(xù)開展。一.金屬礦物的開發(fā)和利用1.金屬元素在自然界存在的形態(tài)：〔1〕游離態(tài)：極少數(shù)的不活潑金屬〔金、鉑等〕以游離態(tài)存在〔單質(zhì)的形式〕〔2〕化合態(tài)：絕大多數(shù)金屬在自然界中是以化合態(tài)〔化合物的形式〕存在，如鋁以鋁土礦形式存在，鐵以鐵礦石形式存在。2.金屬的冶煉：金屬冶煉是工業(yè)上將金屬?gòu)暮薪饘僭氐牡V石中復(fù)原出來(lái)的生產(chǎn)過程?！?〕金屬冶煉的一般方法：金屬的活動(dòng)性不同，冶煉的方法不同。①熱分解法：對(duì)于不活潑金屬〔活動(dòng)順序中，Hg及Hg以后〕可以直接用加熱分解的方法將金屬?gòu)钠浠衔镏袕?fù)原出來(lái)，例如：2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑②熱復(fù)原法：在金屬活動(dòng)性順序表中處于中間位置的金屬〔Zn-------Cu),通常是在高溫下用復(fù)原劑〔C、CO、H2、活潑金屬等〕將金屬?gòu)钠浠衔镏袕?fù)原出來(lái)，例如：Fe2O3+3CO2Fe+CO2↑WO3+3H2W+3H2OZnO+CZn+CO↑Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反響〕Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3〔鋁熱反響〕【實(shí)驗(yàn)4—1】鋁熱反響I.操作：(1)把兩張濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起〔內(nèi)層濾紙底部剪一小孔，用水濕潤(rùn)〕架在鐵架臺(tái)上，下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。(2)將5g枯燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，混合物上面加少量氯酸鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂條。(3)用燃著的小木條點(diǎn)燃鎂條，觀察現(xiàn)象。Ⅱ.現(xiàn)象：(1)鎂條劇烈燃燒，并發(fā)出耀眼的白光。(2)引起混合物劇烈燃燒，發(fā)光發(fā)熱。(3)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣〔Al2O3)，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。Ⅲ.反響：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反響〕Ⅳ.鋁熱劑及應(yīng)用：(1)鋁熱劑：鋁粉與某些金屬〔比鋁不活潑的金屬〕氧化物的混合物。在高溫下發(fā)生反響，放出大量的熱，其混合物稱為鋁熱劑；反響稱為鋁熱反響。(2)鋁熱反響的特點(diǎn)：在高溫下引燃后劇烈反響，放出大量的熱，產(chǎn)生高溫，使被復(fù)原出來(lái)的金屬熔化，與熔渣別離。表達(dá)鋁的復(fù)原性、氧化鋁高熔點(diǎn)的性質(zhì)。(3)鋁熱反響的應(yīng)用：①焊接鋼軌②冶煉高熔點(diǎn)金屬：V、Cr、Mn等。③電解法：非?；顫姷慕饘佟不顒?dòng)順序中：K------Al〕用一般的復(fù)原劑很難將它們復(fù)原出來(lái)，通常采用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬，例如：2NaCl〔熔融〕2Na+Cl2↑MgCl2〔熔融〕Mg+Cl2↑2Al2O3〔熔融〕4Al+3O2↑※有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來(lái)，例如：冶煉銅Cu2S+O22Cu+SO2【總結(jié)】金屬活動(dòng)順序表中不同金屬冶煉方法的選擇電解法熱復(fù)原法熱分解法KCaNaMgAlZn電解法熱復(fù)原法熱分解法【表4—1】常見金屬的冶煉原理金屬冶煉原理FeFe2O3+3CO2Fe+CO2↑Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔鋁熱反響〕CuCu2S+O22Cu+SO2(火法煉銅)Fe＋CuSO4FeSO4＋Cu(濕法煉銅)MgMgO＋CMg(g)＋CO(g)MgCl2〔熔融〕Mg+Cl2↑Al2Al2O3〔熔融〕4Al+3O2↑Na2NaCl〔熔融〕2Na+Cl2↑〔2〕金屬提煉一般步驟：①礦石的富集、除雜；②冶煉；③精煉。3.金屬的利用、回收和資源的保護(hù)〔1〕礦產(chǎn)資源是有限的：礦產(chǎn)資源是大自然賦予人類的珍貴財(cái)富，但并非取之不盡用之不竭，是不可再生的。隨著人們的開發(fā)利用，將會(huì)日漸減少。我國(guó)幅員遼闊，是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦產(chǎn)品種比較齊全的國(guó)家。我國(guó)礦產(chǎn)資源總值居世界第3位，但人均擁有量約為世界人均水平的。因此，我們要合理開發(fā)和利用這些礦物資源?！?〕合理開發(fā)、有效利用、金屬的回收和資源保護(hù)：合理開發(fā)和利用這些礦物資源。有效地使用金屬產(chǎn)品、材料。主要途徑有：①提高金屬礦物的利用率。②減少金屬的使用量。③加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用，使用代用材料節(jié)約礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦產(chǎn)資源?！倦S堂練習(xí)】冶煉金屬一般有以下四種方法：①焦炭法，②水煤氣〔或H2或CO〕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〕火燒孔雀石法煉銅，〔Ⅱ〕濕法煉銅，現(xiàn)代有〔Ⅲ〕鋁熱法煉鉻，〔Ⅳ〕從光鹵石〔KCl?MgCl2?6H2O〕中煉鎂，對(duì)它們的冶煉方法分析不正確的選項(xiàng)是------------------------------------------------------------------------〔B〕A．〔Ⅰ〕用①B．〔Ⅱ〕用②C．〔Ⅲ〕用③D．〔Ⅳ〕用④2工業(yè)上用鋁土礦〔主要成分是Al2O3〕生產(chǎn)鋁的過程，可用簡(jiǎn)單示意圖表示如下〔圖中字母代表有關(guān)物質(zhì)的分子式〕請(qǐng)寫出①～④反響的方程式。①Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O；②2NaAlO2+CO2+3H2O====2Al(OH)3↓+Na2CO3；③Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH；④2Al(OH)3Al2O3+3H2O。3.關(guān)于金屬元素在自然界存在的情況的表達(dá)中，正確的選項(xiàng)是--------------------------------------〔CD〕A、金屬元素僅存在于礦物中。B、金屬元素存在于礦物和動(dòng)物體內(nèi)，但植物體內(nèi)不含。C、少數(shù)金屬元素以游離態(tài)存在，大多數(shù)金屬元素以化合態(tài)存在。D、金屬元素不僅存在礦物中，動(dòng)物和植物體內(nèi)也存在少量金屬元素。4.以下化學(xué)方程式，能用于工業(yè)上冶煉金屬鎂的是------------------------------------------------(BD)A、2Na+MgCl2====2NaCl+MgB、MgCl2(熔化)MgO+Cl2C、2MgO2Mg+O2D、MgO+CMgO+C5.．以下金屬①鐵、②鎂、③錳、④礬、⑤鉻?？捎娩X熱法制備的有------------------------(C)A.①②④B.①②③⑤C.①③④⑤D.①②③④⑤6．在冶金工業(yè)上，通常均不能用化學(xué)復(fù)原劑制得的金屬組是----------------------------------(A)A．Na、Ba、Mg、A1B．Zn、Fe、Cu、AgC．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe開發(fā)利用金屬礦物和海水資源〔第2課時(shí)〕二、海水資源的開發(fā)利用1.海水水資源的利用：海水中水的儲(chǔ)量約占全球總水量的97％。海水中水資源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻。海水淡化的方法：主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。海水蒸餾原理示意圖太陽(yáng)能蒸發(fā)原理示意圖2.海水中的化學(xué)資源的開發(fā)利用：〔1〕海洋是一個(gè)遠(yuǎn)未開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫(kù)：海洋資源中，利用潛力最大的是海水中的化學(xué)資源。由于與巖石、大氣、生物的相互作用，海水中溶解和懸浮有大量的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，目前，在陸地上發(fā)現(xiàn)的１００多種化學(xué)元素，在海水中已找到８０多種〔包括超過總量99%的H、O、CL、Br、Na、K、Mg、Ca、S、C等11種元素和其他微量微量元素〕其中７０多種可供提取。如，氯化鈉〔即食鹽〕有４億億噸，鎂約有１８００萬(wàn)億噸，鉀有５００萬(wàn)億噸，溴約有９０萬(wàn)億噸，核燃料約４０億噸－５０億噸?！?〕海水中含有的各種元素的特點(diǎn)：種類多，總儲(chǔ)量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問題。〔3〕從海水中提取物質(zhì)的方法I.從海水中提取食鹽的主要工藝流程：從海水中制取鹽的方法主要有：鹽田法、電滲析法和冷凍法。其中鹽田法〔又叫灘曬法〕歷史最悠久，而且也是最簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)有效的方法?，F(xiàn)在還在廣泛采用?！}田法：鹽田建在海灘邊，借用海灘逐漸升高的坡度，開出一片片象扶梯一樣的池子。利用漲潮或用風(fēng)車和泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過幾個(gè)池子，隨著風(fēng)吹日曬，水份不斷蒸發(fā)，海水中的鹽濃度愈來(lái)愈高，最后讓濃鹽水進(jìn)入結(jié)晶池，繼續(xù)蒸發(fā)，直到析出食鹽晶體。我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)鹽國(guó)，年產(chǎn)鹽量近2000萬(wàn)噸，占世界食鹽產(chǎn)量的80%。長(zhǎng)聲鹽場(chǎng)Ⅱ.從海水中提取鎂的主要工藝流程：鎂是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。主要步驟如下：海水〔主要含NaCl海水〔主要含NaCl和MgSO4〕溶液試劑①熔融Mg無(wú)水MgCl2MgCl2熔融Mg無(wú)水MgCl2MgCl2溶液Mg(OH)2沉淀電解試劑②電解〔1〕為了使MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg〔OH〕2，試劑①可以選用NaOH，要使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為沉淀，參加試劑①的量應(yīng)過量；驗(yàn)證MgSO4已完全轉(zhuǎn)化為Mg〔OH〕2的方法是取上層清液，參加NaOH溶液，不生成沉淀?！?〕參加試劑①后，能夠別離得到Mg〔OH〕2沉淀的方法是過濾?！?〕試劑②可以選用HCl。〔4〕無(wú)水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會(huì)產(chǎn)生Mg和Cl2，寫出該反響的化學(xué)方程式：MgCl2〔熔融〕Mg+Cl2↑Ⅲ.從海水中提取溴的主要工藝流程〔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)。反響的化學(xué)方程式為：2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl；〔3〕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)以到達(dá)富集的目的，反響的化學(xué)方程式為：Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4〔4〕向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣，反響的化學(xué)方程式為：2HBr+Cl2==2HCl+Br2〔5〕用四氯化碳〔或苯〕萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)，得到產(chǎn)品溴。【實(shí)驗(yàn)4—2】從海帶中提取碘〔1〕反響原理：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睭2O2)將其氧化成I2，再用有機(jī)溶劑將I2萃取出來(lái)。用H2O2做氧化劑，反響的離子方程式是：2I-+H2O2+2H+==I2+2H2O。〔2〕操作步驟：①取約3g干海帶，把外表的浮著物用刷子刷凈〔不要用水沖洗，以免洗去外表的碘化物〕，用剪刀剪碎后，用酒精濕潤(rùn)，放入坩堝中。點(diǎn)燃酒精燈，灼燒海帶至完全變?yōu)榛覡a〔注意通風(fēng)〕停止加熱，冷卻。②將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，向其中參加10ml蒸餾水，攪拌、煮沸2～3min,過濾。③在濾液中滴入幾滴稀硫酸〔3mol/l〕,再參加1mLH2O2〔3%〕，現(xiàn)象：溶液變棕黃色。再參加幾滴淀粉溶液，現(xiàn)象是：溶液變藍(lán)色?！?〕提取I2流程：含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液含碘單質(zhì)的溶液試劑殘?jiān)鈫钨|(zhì)的有機(jī)溶液含碘單質(zhì)的溶液試劑殘?jiān)庠氐娜芤鹤茻芙猓^濾海帶灰①?gòu)暮Ｋ刑崛〉Ｋ诤Ｋ汽}海水資源的開發(fā)利用③從海水中提取鎂、鉀、溴、碘等化工產(chǎn)品④從海水中獲取鈾和重水作為核能開發(fā)的重要原料⑤從海水中獲取其他物質(zhì)和能量※海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例〔如以下列圖〕【隨堂練習(xí)】1.從海水中提取金屬鎂的生產(chǎn)步驟有：①濃縮結(jié)晶，②加熟石灰，③加鹽酸，④過濾，⑤熔融電解，正確的生產(chǎn)步驟順序是_②④③①⑤。2.按下述實(shí)驗(yàn)過程填空：〔1〕寫出上述反響的化學(xué)方程式：①2FeBr2＋3Cl22FeCl3＋2Br2；②

2FeCl3＋2KI2FeCl2＋2KCl＋I(xiàn)2；③

2KI＋Br22KBr＋I(xiàn)2?！?〕溶液的顏色：a：棕黃色；b：橙紅色；c：藍(lán)色；d：藍(lán)色。3.海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如以下列圖所示：△假設(shè)在空氣中加熱MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，寫出相應(yīng)反響的化學(xué)方程式△MgCl2·6H2O===Mg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑?！?〕用電解法制取金屬鎂時(shí)，需要無(wú)水氯化鎂。在枯燥的HCl氣流中加熱MgCl2·6H2O時(shí)，能得到無(wú)水MgCl2，其原因是：在枯燥的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〔3〕Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應(yīng)怎樣除去寫出實(shí)驗(yàn)步驟。步驟：參加MgC