8.1.1 金属矿物、海水资源的开发利用 课件（共43张PPT）

(共43张PPT)
第八章　化学与可持续发展
第一节　自然资源的开发利用
第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用
一、自然资源
1．分类
2．可持续发展
经济可持续发展、社会可持续发展
资源可持续发展、环境可持续发展
1992年6月于巴西里约热内卢举行的
联合国环境与发展大会
二、金属矿物的开发利用
1．金属元素的存在形式
金
铂
金、铂等极少数金属元素以单质的形式存在于自然界中。
辉铜矿(Cu2S)
赤铁矿(Fe2O3)
闪锌矿(立方ZnS)
菱镁矿（MgCO3）
孔雀石[Cu2(OH)2CO3]
方铅矿(PbS)
绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界中
2．金属元素不同存在形式的原因
金属活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活泼性逐渐减弱
化合态
游离态
3．冶炼金属的方法
将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。
原理：
Mn+(化合态) M(游离态)
+ne-
得到电子，被还原
（1）金 铂——物理方法
2HgO 2Hg+O2↑
△
2Ag2O 4Ag+O2↑
△
（2）不活泼金属——热分解法
（3）活泼金属——电解法
2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
电解
冰晶石
2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑
电解
冰晶石：降低氧化铝的熔化温度
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
电解
（4）其他金属——高温还原法
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
高温
CuO+H2 Cu+H2O
高温
实验：铝热反应
一些活泼金属也可做还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。
铝热反应
反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。
引燃剂：镁条
助燃剂：氯酸钾
化学方程式：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
高温
应用：①利用铝热反应焊接钢轨。
②冶金工业中，冶炼钒、铬、锰等金属。
化学方程式：Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3
高温
3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3
高温
①为什么不同的金属冶炼方法不同？
不同金属离子得电子能力不同。
思考交流
原理：
Mn+(化合态) M(游离态)
+ne-
得到电子，被还原
金属活动性顺序：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
常用还原剂：
C、CO、H2、Al
热分解法
物理提取法
②为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
思考交流
金属使用的先后顺序与金属冶炼难易有关。
金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原。金属的位置越靠前，越难被还原。
金属的冶炼历史
青铜时代——古法炼铜
铁器时代——古法炼铁
近代冶炼——钾、钠、镁、铝的冶炼
常见金属的冶炼原理
金属 冶炼原理
Fe
Cu
Mg
Al
Na
Cu2S+O2 2Cu+SO2（火法炼铜）
高温
Fe+CuSO4 FeSO4+Cu（湿法炼铜）
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2（高炉炼铁）
高温
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（铝热法炼铁）
高温
2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
电解
冰晶石
2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑
电解
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
电解
4．金属资源利用的可持续发展
(1)提高金属矿物的利用率
(2)开发环保高效的金属冶炼方法
(3)防止金属腐蚀
(4)加强废旧金属的回收和再利用
(5)使用其他材料代替金属材料
计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8×106 J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图1和图2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。
图1
图2
思考与讨论
1．实际过程中必须考虑投入与产出，要
考虑成本。
2．加强废旧金属的回收和再利用是合理
开发和利用金属资源的重要途径。
3．必须考虑废弃物的处理和生产对环境
的影响，形成绿色化学观念和可持续
发展意识。
图1
图2
金属矿物的开发利用
冶炼金属的原料
冶炼金属的方法
金属资源利用的可持续发展
金属在自然界的存在形态
冶炼原理与方法
主要途径
生产实际
很不活泼的金属
物理提取法
不活泼的金属
热分解法
活泼的金属
热还原法
很活泼的金属
电解法
小结
海洋约占地球表面积的71%。海洋中水的储量约为1.3×1018吨，约占地球上总水量的97%。
从太空观察地球，会看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中。
由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物。海水中主要含有H、O元素，还含有丰富的Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等多种元素。
二、海水资源的开发利用
海水资源
化学资源
水资源
新型能源
1．海水水资源的利用
海水淡化的方法主要有：
蒸馏法
电渗析法
离子交换法
最先使用，技术成熟，但成本高
成本低，但未能大量生产
目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂
主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却。
方法 原理
蒸馏法 将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水
电渗 析法 在外加直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的
离子 交换法 用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴离子、阳离子，得到去离子水
2．海水中化学资源的利用
（1）海水制盐
侯德榜（化学家）
侯氏制碱法流程图
煅烧炉
合成氨
沉淀池
CO2
NH3
NH3
母液
食盐水
CO2
NH4Cl
NaCl
Na2CO3
循环Ⅰ
循环Ⅱ
（2）海水提溴
（吹出法）
海水
氧化室
吹出塔
吸收塔
蒸馏塔
冷凝器
Br2
SO2和H2O
Cl2和H2O
酸和Cl2
空气
溴 的 富 集
（2）海水提溴
（吹出法）
氧化：2Br- + Cl2 Br2+2Cl-
吸收：2H2O + Br2+SO2 +2Br- +4H+
（3）海水提镁
石灰乳
溶液
Mg(OH)2沉淀
盐酸
MgCl2溶液
Mg
无水MgCl2
熔融 电解
海水
(含Mg2+)
过滤
就地取材——贝壳(CaCO3)
（3）海水提镁
△
CaCO3 CaO+CO2↑
CaO+H2O Ca(OH)2
MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2↓+CaCl2
Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
电解
海带
海带灰
浸泡过滤
灼烧
残渣
含I-的溶液
稀H2SO4
H2O2
含I2的溶液
含I2的有机溶液
萃取
2H++2I-+H2O2 I2+2H2O
或Cl2+2I - 2Cl-+I2
氧化
（4）海水提碘
如何验证海带中含有碘元素？
海带中含有碘元素的检验：
①实验原理：2H++2I-+H2O2 I2+2H2O
淀粉遇碘单质变蓝
②实验步骤：
思考与讨论
小结
三、从海水中获取能量
1．从海水提取铀和重水，用于核能开发。
2 ．开发潮汐能、波浪能等新型能源。
1．人类对某金属冶炼技术的掌握程度决定了其应用的广泛性。影响冶炼方法的主要因素是（ ）
A．金属的活泼性大小 B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低 D．金属的导电性强弱
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
热分解法
物理提取法
巩固练习
A
2．中国的炼丹术延续了一千多年，虽然人们梦想的长生不老之药没能制出，但炼丹家们却积累了丰富的经验。“金丹”卷中记述：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。丹砂就是硫化汞，从中可以看出炼丹家们提取金属汞的方法是（ ）
A．热分解法 B．热还原法
C．置换法 D．淘取法
巩固练习
HgS Hg+S
△
A
3．用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（ ）
A．MnO2
B．WO3
C．Cr2O3
D．Co3O4
巩固练习
D
制得1 mol Co转移 mol e-
3
8
制得1 mol Mn转移4 mol e-
制得1 mol W转移6 mol e-
制得1 mol Cr转移3 mol e-
4．地球上的金属矿物资源是有限的，应合理开发利用。
(1)下列金属中，通常用电解的方法进行冶炼的是（ ）
A．铝 B．汞 C．铁 D．铜
(2)利用下图装置完成铝热反应实验。该铝热反应的化学方程式是___________________________。
(3)工业上根据铝热反应的原理，用铝和软锰矿(MnO2)
冶炼锰，反应的化学方程式是 ___________________________。
巩固练习
A
3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3
高温
Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3
高温
5．海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（ ）
A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就能得到钾单质
B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化
C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Na
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
C
巩固练习
6．海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程图如右所示：
(1)步骤①反应的离子方程式是
。
(2)步骤③反应的化学方程式是 。
(3)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为 ，从步骤②到步骤④的目的是 。
2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
SO2＋Br2＋2H2O === H2SO4＋2HBr
易挥发
将溴浓缩，提高Br2的提取率
巩固练习
(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是_______(填字母)。
A．NaOH B．FeCl2
C．Na2SO3 D．H2O
ABC
(5)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则 。
溴不能完全蒸出，产率太低
巩固练习
本节内容结束