课件21张PPT。开发利用金属矿物和海水资源
第四章 化学与自然资源的开发利用一、金属矿物的开发利用你能说出几种常见的金属单质及其在自然界中的存在形式吗？思考： 极少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。 1、冶炼金属的方法a、热分解法（对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来 ）2HgO === 2Hg + O2 ↑加热2Ag2O === 4Ag + O2 ↑加热b、电解法（适合一些非常活泼金属） c、热还原法〔在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来 〕写出符合上述条件的几个方程式Fe+CuSO4===FeSO4+Cu铝热反应 注意观察演示实验现象反应现象：镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。 其它铝热反应 ???铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用于冶炼高熔点金属 ，如冶炼钒、铬、锰等铝热反应的应用小结：结合金属活动顺序表思考不同金属的冶炼方法思考：为什么人类使用铁器比使用铜器晚？金属使用的先后与金属冶炼的难易有关 2、金属的冶炼的步骤：
矿石的富集、冶炼、精炼3、金属的回收和资源保护 回收金属的意义：
（1）节约矿物资源；（2）节约能源；（3）减少环境污染回收金属的实例
（1）废旧钢铁用于炼钢；（2）废铁屑用于制铁盐；（3）定影液用于回收银二、海水资源的开发利用海洋水资源：海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。 化学资源：含元素80多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的１００多种化学元素，在海水中已找到８０多种，其中７０多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有４亿亿吨，镁约有１８００万亿吨，钾有５００万亿吨，溴约有９０万亿吨，核燃料约４０亿吨－５０亿吨。矿产资源：海洋中所贮存的各种矿物约500亿吨。通常只要每平方米有5㎏的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有18000公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近300万平方公里。能源：海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。 生物资源：由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有20278种，其中入药的有700种。1、海水水资源的利用海水中水资源的利用：主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。2、海水化学资源的利用a、海水中含有的各种元素的特点： 种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。b．从海水中提取物质的方法⑴．从海水中提取食盐的主要工艺流程 从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。 盐田法制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验室除去NaCl中混有的泥沙、Ca2+、Mg2+离子的方法（需要仪器及实验步骤） 先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。思考：(2)．从海水中提取溴的主要工艺流程⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。 ①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质
吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：
Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：
2HBr+Cl2=2HCl+Br2海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2,再萃取出来。用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：
2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O (3)．从海带中提取碘的实验②提取流程①反应原理 （1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有I-）。 将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。 （2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。 （3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。 （4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1ml H2O2溶液，观察现象。
（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。 ④实验注意事项③实验方法 海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干
海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。 3.海水综合利用联合工业体系一例（如下图）[课堂练习] 海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示： （1）若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式 。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是： 在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水气，故能得到无水MgCl2 （2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。 加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。 （3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：①溶解②过滤③蒸发(4)获得HCl的反应为2CH4+O2+4Cl2=======2CO+8HCl(不考虑其他反应)。事实上，生产中HCl一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充HCl，简要说明理由 不需要补充HCl,因为Cl2～2HCl～Mg(OH)2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理论上不要补充HCl。 课件21张PPT。第四章 化学与可持续发展 第一节 开发利用金属矿物和海水资源 金银人类最早发现和应用的金属分别是：铜铜 镜汉武帝时铜币先秦刀币 铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。 在公元前6000年到7000年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代”。资料卡片青铜：主要含铜和锡、铅，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。
黄铜：主要含铜和锌，有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、仪表和日用品。
白铜：主要含铜和镍，它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。 这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林—圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文物——铜虎头，2000年在香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。请同学们勿忘我们的国耻：
中国还有上百万件珍贵文物流失海外。 人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达90%以上。 古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。济 南 陨 铁新 疆 陨 铁南极洲陨铁 除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。怎样才能高效地使用这些金属？是化学所需要研究的问题。思考与交流：
1、金属冶炼指的是什么？
2、不同金属的冶炼方法是否相同？
3、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？ 一、金属矿物的开发利用 1、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。 法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？思考与交流 由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。 自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成 分是Al2O3，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。 今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗—11号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占75%左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体内，每70公斤体重约含61毫克铝。 铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。古代中国劳动人民用木炭炼铁 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。 1996年之后，我国再度成为钢铁产量最大的国家。 2、金属冶炼的方法（1）、热分解法（适合一些不活泼金属）（2）、电解法（适合一些非常活泼金属） 电解槽（3）、热还原法（适合大多数金属） （常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 ）（高炉炼铁的主要反应）金属活动性（还原性）：强弱电解法热还原法热分解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag离子的氧化性弱强常见还原剂除焦碳、CO、H2外,还有哪些呢?铝热反应（实验4－1）反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入漏斗。化学反应方程式：结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。3、合理开发和利用矿物资源的途径：1、废旧金属回收； 2、矿物资源保护； 3、寻找金属替代品。 金属铝的回收与利用1、金属冶炼的目的是 （ ）
A、把金属化合物还原为金属单质 B、除去金属中的杂质
C、把金属单质变为氧化物 D、把电能转变为化学能
2、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ）
A、Fe B、Cu C、Al D、Ag
3、宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程式： 。AC Fe＋Cu2+ ＝ Cu＋Fe2+ 活学活用
